Studij: Kemijsko inenjerstvo Procesna i instrumentalna analiza

KALIBRACIJSKI POSTUPCI

________________________________________________________________04.03.2009. dr.sc. Karmen Margeta

Studij: Kemijsko inenjerstvo Procesna i instrumentalna analiza

KALIBRACIJApostupak usporedbe mjernog sustava sa standardiziranim sustavom svrha kalibracije ukloniti ili minimalizirati pogreku mjernog sustava rezultat kalibracijskog postupka 1. KALIBRACIJSKA KRIVULJA ili PRAVAC za jednokomponentne sustave. 2. KALIBRACIJSKA POVRINA za viekomponentne sustave________________________________________________________________04.03.2009. dr.sc. Karmen Margeta

Studij: Kemijsko inenjerstvo Procesna i instrumentalna analiza

Analitike metode: Apsolutne - ne provodi se kalibracija, - temelje se na stehiometrijskom odnosu i kemijskoj reakciji (gravimetrija, titrimetrija, elektrogravimetrija, temogravimetrija, kulometrija) Usporedbene metode - sve ostale - provodi se kalibracija

________________________________________________________________04.03.2009. dr.sc. Karmen Margeta

Studij: Kemijsko inenjerstvo Procesna i instrumentalna analiza

U praksi odziv instrumenta nije izravna mjera koncentracije - aproksimacija teorijskim modelima (npr.Lambert-Beerov zakon) - aproksimacija matematikim modelima (linearna regresija) Interferencije - utjecaj instrumenta - prisutne u standardnoj otopini - prisutne u nepoznatom uzorku________________________________________________________________04.03.2009. dr.sc. Karmen Margeta

Studij: Kemijsko inenjerstvo Procesna i instrumentalna analiza

Izvedbene znaajke metode tonost, preciznost, linearnost, stabilnost analita i standardnih otopina, selektivnost i specifinost, uinak matice, granica kvantifikacije, granica dokazivanja, otpornost metode, radno podruje, osjetljivost metode, iskoristivost Izvedbene znaajke instrumentalnih metoda - za kvalitetu kalibracijskog postupka selektivnost, osjetljivost, preciznost granica kvantifikacije________________________________________________________________04.03.2009. dr.sc. Karmen Margeta

Studij: Kemijsko inenjerstvo Procesna i instrumentalna analiza

Selektivnost - SEL - omjer signala koji potjee od analita r i ukupnog odziva r SEL = r / r (bezdimenzijska veliina s vrijednostima od 0 1)

________________________________________________________________04.03.2009. dr.sc. Karmen Margeta

Studij: Kemijsko inenjerstvo Procesna i instrumentalna analiza

Osjetljivost - b - promjena odziva instrumenta s promjenom koncentracije analita b = r / c (nagib regresijskog pravca)

________________________________________________________________04.03.2009. dr.sc. Karmen Margeta

Studij: Kemijsko inenjerstvo Procesna i instrumentalna analiza

Preciznost instrumenta - vezuje se uz omjer signala i uma signal / um = r / sr r signal analita sr standardno odstupanje ponovljenih mjerenja

________________________________________________________________04.03.2009. dr.sc. Karmen Margeta

Studij: Kemijsko inenjerstvo Procesna i instrumentalna analiza

Preciznost analize - definira se kao minimalna razlika izmeu dviju koncentracija koja se moe razlikovati od uinka sluajne instrumentalne pogreke - granica detekcije najmanja mogua koncentracija analita koja se moe detektirati ali ne i kvantitativno odrediti - granica kvantifikacije - najmanja mogua koncentracija analita koja se moe odrediti uz doputenu pogreku________________________________________________________________04.03.2009. dr.sc. Karmen Margeta

Studij: Kemijsko inenjerstvo Procesna i instrumentalna analiza

KALIBRACIJSKI POSTUPCI 1. METODA VANJSKOG STANDARDA 2. METODA STANDARDNOG DODATKA 3. METODA UNUTARNJEG STANDARDA

________________________________________________________________04.03.2009. dr.sc. Karmen Margeta

Studij: Kemijsko inenjerstvo Procesna i instrumentalna analiza

MATICA ANALIT

UZORAK

UZORAK = ANALIT + MATICA (MATRICA) tvar koja se odreuje04.03.2009.

tvar u kojoj se nalazi analitdr.sc. Karmen Margeta

________________________________________________________________

Studij: Kemijsko inenjerstvo Procesna i instrumentalna analiza

1. METODA VANJSKOG STANDARDA - utjecaj matrice zanemariv i ne ovisi o koncentraciji analita - nuna je stabilnost instrumenata Kalibracijski ili badarni dijagram - pripremi se niz standardnih otopina i oita odziv instrumenta ovisno o njihovoj koncentraciji - priprema standardnih otopina sustavna pogreka (analitiar, instrument) - standardne otopine moraju pokrivati cijelo koncentracijsko podruje

________________________________________________________________04.03.2009. dr.sc. Karmen Margeta

Studij: Kemijsko inenjerstvo Procesna i instrumentalna analiza METODA VANJSKOG STANDARDA

Kalibracijski ili badarni dijagram - primjer: kod spektrofometrijskih mjerenja kao odziv instrumenta oitava se apsorbancija linearna ovisnost koncentracije o apsorbanciji (Lambert-Beer) log I0 / I = A = cb - nije uvijek pravac i nije ga dobro proizvoljno povlaiti izmeu dobivenih toaka

________________________________________________________________04.03.2009. dr.sc. Karmen Margeta

Studij: Kemijsko inenjerstvo Procesna i instrumentalna analiza

ZATO? - oitavanje apsorbancije s tri znaajne znamenke to je grafiki nemogue prenijeti na ogranieni prostor badarnog dijagrama - rasipanje instrumentalnih odziva oko pravca (oitani signal je samo jedan od moguih odziva instrumenta za mjerenu koncentraciju) - Jednadbu pravca izraunati linearnom regresijom tj. metodom najmanjih kvadrata

________________________________________________________________04.03.2009. dr.sc. Karmen Margeta

Slika 1. Normalna razdioba moguih odziva instrumenta za svaku mjerenu koncentraciju

Studij: Kemijsko inenjerstvo Procesna i instrumentalna analiza

Linearna ovisnost analita i odziva instrumenta

y = a + bx

y - mjereni parametar (A) a - odsjeak na ordinati ili slijepa proba b - nagib pravca x - koncentracija Slijepa proba (a) odziv instrumenta kada nije prisutan analit u uzorku - Odsjeak na ordinati moe biti pozitivan, negativan ili jednak nitici (slika 2) - Sustavna pogreka ako nakon oduzimanja slijepe vrijednosti ostaje i dalje odsjeak na ordinatidr.sc. Karmen Margeta

Slika 2. Badarni pravac koji ne prolazi kroz ishodite

- ako nema sustavne pogreke y = bx ________________________________________________________________04.03.2009.

Studij: Kemijsko inenjerstvo Procesna i instrumentalna analiza METODA VANJSKOG STANDARDA

- izraunamo standardno odstupanje u svakoj toci - sluajna pogreka najmanja u sredini (interval pouzdanosti) (slika 3. ) - poveanje broja kalibracijskih toaka (ne vie od 6) - vie od jedanput mjeriti svaku koncentraciju - Regresijska analiza - statistika metoda odreivanja jednadbe koja najbolje pokazuje mjerne podatke - Optimalni uvjeti jednadba dobro pokazuje odnos ulaznih i izlaznih veliina pravca ________________________________________________________________04.03.2009. dr.sc. Karmen MargetaSlika 3. Mjerna nesigurnost oko regresijskog

Studij: Kemijsko inenjerstvo Procesna i instrumentalna analiza

SPEKTROFOTOMETRIJSKO ODREIVANJE ELJEZA (Fe3+) = 10 mg/L (standardna otopina) Koncentracijsko podruje 0 - 5 mg/L A (slijepe probe) = 0,020 Tablica 1. Vrijednosti apsorbancija za odreene poetne koncentracije standardnih otopina Fe3+-ionaV(Fe3+), mL 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5 (Fe3+), mg/L 1 2 3 4 5 Apsorbancija A1 0,136 0,256 0,389 0,511 0,651 A2 0,137 0,255 0,389 0,510 0,651 A3 0,136 0,257 0,389 0,511 0,650 A( sr.) 0,136 0,256 0,389 0,511 0,651

________________________________________________________________04.03.2009. dr.sc. Karmen Margeta

Studij: Kemijsko inenjerstvo Procesna i instrumentalna analiza

0,7 0,6 0,5 0,4 A 0,3 0,2 0,1 0 0 1 2

y = 0,1239x + 0,02 R2 = 0,9974

0,7 0,6 0,5 0,4 A 0,3 0,2 0,1 0 0 1 2 3 (Fe ), m g/L3+

y = 0,1239x R2 = 0,9988

3 g (Fe 3+), m g/L

4

5

6

4

5

6

Slika 2. Badarni dijagrami za standardne otopine Fe3+-iona

________________________________________________________________04.03.2009. dr.sc. Karmen Margeta

Studij: Kemijsko inenjerstvo Procesna i instrumentalna analiza

2. METODA STANDARDNOG DODATKA - kalibracija i mjerenje unutar iste matice - upotrebljava se kada je utjecaj matrice na odreivanje analita znatan - smanjuje se pogreka od interferencija jer se standard i analit nalaze u istoj matrici - koncentracije analita u uzorku vrlo blizu granice kvantifikacije

________________________________________________________________04.03.2009. dr.sc. Karmen Margeta

Studij: Kemijsko inenjerstvo Procesna i instrumentalna analiza

ODREIVANJE Cd 2+ ATOMSKOM APSORPCIJSKOM SPEKTROMETRIJOM (AAS)(Cd2+) = 10 mg/L (standardna otopina, SO) Priprema otopina:

1. u svaku tikvicu staviti isti alikvot analita 2. Dodati odreeni alikvot standardne otopine kadmija 3. Nadopuniti tikvice do oznake otapalom (H2O) ________________________________________________________________04.03.2009. dr.sc. Karmen Margeta

Studij: Kemijsko inenjerstvo Procesna i instrumentalna analiza Tablica 2. Vrijednosti volumena, koncentracija i apsorbancija za odreivanje kadmija AAS-omV1(uzorka) mL 5 5 5 5 5 V(SO) mL 0 5 10 15 20 V (ukupni) mL 50 50 50 50 50 (SO) mg/L 0 1 2 3 4 A 0,099 0,171 0,245 0,319 0,389

= (SO) V (SO) / V (ukupni) 1 = 10mg/L 5 mL / 50 mL 1 = 1 mg/L

________________________________________________________________04.03.2008. dr.sc. Karmen Margeta

Studij: Kemijsko inenjerstvo Procesna i instrumentalna analiza0,45A

0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15

1,35 mg/L

0,1 0,05 0

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

2+ (Cd ), mg/L

Slika 5. Badarni dijagram za kadmij dobiven metodom standardnog dodatka

Grafiko odreivanje koncentracije kadmija u nepoznatom uzorku 1,35 mg/L 50,0 / 5,00 = 13,5 mg/L ________________________________________________________________04.03.2009. dr.sc. Karmen Margeta

Studij: Kemijsko inenjerstvo Procesna i instrumentalna analiza Metodom standardnog dodatka iz slinosti trokuta mogue je izraunati koncentraciju analita u nepoznatom uzorku:

tg =

A1 A2 A = = +1 +2

' =

1 AA1 A

=''

2 AA2 A

=

' + ''2

' i '' = masene koncentracije analita nepoznate otopine uzorka iz dva mjerenja

= masena koncentracija analita u nepoznatom uzorku (srednja vrijednost dva mjerenja uz standardni dodatak)

________________________________________________________________04.03.2009. dr.sc. Karmen Margeta

Studij: Kemijsko inenjerstvo Procesna i instrumentalna analiza

3. METODA UNUTARNJEG STANDARDA - Unutarnji standard tvar dodana uzorku, slijepoj probi i standardnim otopinama - koncentracija unutarnjeg standarda je konstantna i poznata - vrijednost signala koji odgovara unutarnjem standardu je poznata Koritenje metode osjetljivost instrumentalne metode promjenljiva s vremenom - znatan utjecaj matrice na signal analita - gubitak uzorka za vrijeme odreivanja - nestabilnog rada instrumenta (kromatografija, emisijska spektrometrija, rendgenska difrakcija) ________________________________________________________________04.03.2009. dr.sc. Karmen Margeta

Studij: Kemijsko inenjerstvo Procesna i instrumentalna analizaUnutarnji standard (US)

- signal unutarnjeg standarda mjeri se zajedno sa signalom analita - povrine ispod krivulje za analit i unutarnji standard proporcionalne su koncentraciji - iste koncentracije A i US , povrine razliite

Analit (A)

Signal

t , min

Slika 6. Kromatogram uz dodatak unutarnjeg standarda

Omjer odziva F odnos povrina ispod krivulja za iste koncentracije A i US. F = signal A / signal US za razliite koncentracije

signal A / signal US = F [A] / [US] ________________________________________________________________04.03.2009. dr.sc. Karmen Margeta

Studij: Kemijsko inenjerstvo Procesna i instrumentalna analiza

4 3,5 3 h (A) / h (US) 2,5 2 1,5 1 0,5 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 (A) / (US) y = 9,3x - 0,1 R2 = 0,9993

-omjer odziva F je nagib pravca i daje osjetljivost postupka

Slika 7. Kalibracija metodom unutarnjeg standarda

________________________________________________________________04.03.2009. dr.sc. Karmen Margeta

Studij: Kemijsko inenjerstvo Procesna i instrumentalna analiza

LITERATURA 1. M. Katelan-Macan, Kemijska analiza u sustavu kvalitete, kolska knjiga, Zagreb, 2003. , str. 241-263 2. D.C. Harris, Quantitative Chemical Analysis, W.H. Freeman and Company, New York, 1999., 93-106. 3. A.J.M. Horvat, K. Margeta, Instrumentalna analiza, Radni materijal za internu upotrebu, Zagreb, 2008., str. 3-7.

________________________________________________________________10.03.2008. Mr.sc. Karmen Margeta