IÅ ChAI WykÅ ad 1 [tryb zgodnoÅ ci]galaxy.uci.agh.edu.pl/~kca/ChAI_Wyklady/ChAI_Wyklad_1.pdf ·...

$: IÅ ChAI WykÅ ad 1 [tryb zgodnoÅ ci]galaxy.uci.agh.edu.pl/~kca/ChAI_Wyklady/ChAI_Wyklad_1.pdf · 52'=$-( 6.à$'1,.Ï: 6nádgqlnl r]qdf]dqh z surfhgxudfk dqdolw\f]q\fk prj edug]r$
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


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


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



21.04.2020

7



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


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


21.04.2020

9

Wzrost zaludnienia i produkcji chemikaliów


Pierwszy przepis prawny dotyczący ochrony środowiska


21.04.2020

10

Pierwszy przepis prawny dotyczący ochrony środowiska


Ziemi nie odziedziczyliśmy po naszych Ojcach,

a jedynie pożyczyliśmy od naszych Dzieci !


21.04.2020

11

Rozwój technologii wytwarzaniacytrynianu sildenafilu (VIAGRATM)

E = 13001990

E = 1001994

E = 221997

E = 62004

E = 4aktualnie


Skrócone zasady „Zielonej Chemii”


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.



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


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


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


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


ANALITYKA ROZMIESZCZENIA

– określa jakie jest rozmieszczenie przestrzenne w skalimakro poszczególnych składników próbki.

Cu

Al

Si

21.04.2020

15


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


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.


ZNACZENIE SPECJACJI I JEJ SPECYFIKA

Wzajemne oddziaływanie elementów środowiska

Obieg rtęci w środowisku


21.04.2020

17



TYPOWA PROCEDURAANALIZY

21.04.2020

18



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


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.


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.



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


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


- 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


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


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


IÅ ChAI WykÅ ad 1 [tryb zgodnoÅ ci]galaxy.uci.agh.edu.pl/~kca/ChAI_Wyklady/ChAI_Wyklad_1.pdf ·...

Documents

Transcript of IÅ ChAI WykÅ ad 1 [tryb zgodnoÅ ci]galaxy.uci.agh.edu.pl/~kca/ChAI_Wyklady/ChAI_Wyklad_1.pdf ·...