1
Laboratorní cvičení z analytické chemie
Základy analytické chemie
Soubor návodů k úlohám
Jiří Machát, Vítězslav Otruba, Jaroslav Šenkýř, Tomáš Vaculovič
Masarykova univerzita, Přírodovědecká fakulta
Brno, 2023
2
Organizace cvičení
Cvičení se bude zabývat základními operacemi a metodami analytické chemie. Bude se zaměřovat na
základy kvalitativní analytické chemie (úloha 1), základní operace jako je vážení a odměřování objemů (úloha
2), kvantitativní analýzu pomocí gravimetrie (úloha 3) a volumetrie (úlohy 4 – 5) a separačními technikami
(úloha 6). Všechny tyto úlohy jsou prováděny všemi studenty společně, každý student s vlastním vybavením a
také s vlastním neznámým vzorkem.
Návody k úlohám jsou vždy uvedeny stručnou kapitolou z teorie metody - její prostudování vám
pomůže pochopit prováděnou úlohu, i když jste se s metodou prozatím na přednáškách nesetkali. Celý návod si
předem přečtěte a připravte se na cvičení vypočtením potřebných navážek apod.
Seznam úloh:
1) Kvalitativní analýza v analytické chemii:
- Selektivní reakce kationů a anionů I (Na+
, K+
, NH4
+
, Mg2+
, Ca2+
, SO4
2,
PO4
3,
Cl,
NO3
-
),
- Selektivní reakce kationů II (Pb2+
, Cu2+
, Al3+
, Fe3+
, Mn2+
, Zn2+
, Co2+
, Ni2+
)
2) Kvantitativní analýza - základní operace: Kalibrace pipety, statistické zpracování dat
3) Gravimetrie: stanovení železa v pigmentu jako Fe2O3
4) Odměrná analýza - Jodometrická titrace: Stanovení vitamínu C v ovoci, vitamínovém preparátu
5) Odměrná analýza - Chelatometrická titrace: Stanovení Ca a Mg ve vodách a vápenatých
schránkách živočichů
6) Separační techniky: Stanovení rostlinných barviv tenkovrstvou chromatografií (TLC)
Vypracování protokolu
Z každé vámi provedené úlohy vypracujete protokol. Odevzdání a uznání protokolů (tedy věcná
správnost vašich pozorování a výpočtů) ze všech absolvovaných úloh jsou podmínkou k udělení zápočtu.
Protokoly odevzdávejte vždy v následujícím cvičení. Protokoly k opravě dostanete zpět, všechny uznané
protokoly potom na konci semestru.
Kvalitativní analýza - v protokolech k úlohám z kvalitativní analýzy uvedete ke každému z analyzovaných
neznámých vzorků všechna činidla (reakce) a jejich výsledek, která jste použili k dokázání či vyloučení
přítomnosti hledaného iontu. Uvedeny budou i ty reakce, které nevedly k pozitivnímu výsledku, aby bylo možno
na základě popsaných pozorování jednoznačně rozhodnout, zda hledaný ion je či není v neznámém vzorku
přítomen. Použité reakce je možno popsat schematicky a stručně. Na konci protokolu musí být vždy uveden
závěr, ve kterém slovně popíšete výsledek vašeho experimentu, tedy který ion (ionty) jste ve vašem vzorku
(vzorcích) nalezli.
Kvantitativní analýza - v protokolech k úlohám z kvantitativní analýzy není nutno popisovat přesný postup
provedení experimentu či teorii. Důležité a nutné je naopak uvést všechna experimentálně získaná data, která
mají rozhodující vliv na výsledek: navážka standardní látky či vzorku (zde uvést hmotnost prázdné navažovací
nádobky i nádobky s látkou), objem připraveného roztoku, množství pipetovaného alikvotního podílu roztoku,
celkový objem roztoku vzorku, spotřeba odměrného roztoku a podobně. Stejně tak je nutno uvést všechny
výpočty, které provádíte. Nároky na protokoly u různých úloh se mohou lišit, stejně jako se liší svojí náročností
různé analytické metody. Vždy však musí být protokol ukončen závěrem, kde opět slovně uvedete získané
výsledky a zhodnotíte je. Vaším úkolem je v kvantitativní analýze se co nejvíce přiblížit hodnotě (vám
neznámého) obsahu analytu ve vzorku. Pečlivou prací a také správným postupem výpočtu můžete dosáhnout
velmi dobrých výsledků. Všechny vaše výpočty jsou kontrolovány na správnost postupu a výsledku.
V hlavičce protokolu musí být vždy uvedeny tyto informace:
Jméno a příjmení, studijní obor
Datum praktické realizace úlohy ve cvičení (pozor při nahrazování absence!)
Číslo úlohy a její název
Číslo vzorku(ů) (pozor při nahrazování absence!)
3
Statistické vyhodnocení výsledků
Chyby výsledků chemické analýzy
Úkolem analytického chemika by mělo být poskytování kvalitních výsledků. Kvalitním výsledkem je
myšlen takový výsledek, který je správný a přesný. Kvantitativní výsledky chemických analýz mohou být jako
všechna čísla získaná měřením zatížena chybou. V praxi se setkáváme s trojím typem chyb:
a) chyby systematické, které vznikají například při použití nesprávné metodiky pro daný vzorek
(například použitím nesprávného indikátoru při titraci systematicky dochází k přetitrování). Výskyt takové chyby
musí být vyloučen vhodnou volbou analytické techniky, případně adekvátním způsobem eliminován či
korigován.
b) chyby hrubé - mohou vznikat například nesprávným způsobem odečítání výchylky měřicího přístroje
či objemu z byrety, nebo nedodržením kritického kroku v návodu - jsou to tzv. chyby osobní. Dodržováním
základních analytických návyků a návodů a maximální pečlivostí bychom těmto chybám měli předcházet.
c) chyby náhodné - nabývají se stejnou pravděpodobností kladné i záporné hodnoty a jsou dány
statistickým charakterem měření. Mohou být statisticky vyhodnoceny a odhadnuta jejich velikost.
Po vyloučení systematických chyb (adekvátně volená metodika analýzy) a hrubých chyb (adekvátně
volený analytik) lze získat výsledky analýzy, které jsou zatíženy pouze náhodnými chybami. Tyto náhodné
chyby vnáší do výsledku analýzy jistou míru nejistoty - výsledky analýzy nelze považovat za absolutní číslo,
výsledkem je vždy interval, ve kterém se opravdová (správná) hodnota nachází s jistou pravděpodobností.
Abychom mohli statisticky vyhodnotit výsledek analýzy a odhadnout míru jeho variability, je třeba
získat dostatečný počet dílčích dat pro zpracování. Z tohoto důvodu se všechna analytická stanovení provádí
opakovaně a data se následně zpracují pro získání odhadu střední hodnoty a míry variability této střední
hodnoty. Správně uvedený výsledek analýzy by tedy měl sestávat z této střední hodnoty a hodnoty její
variability. V praxi se u sériových (rutinních) analýz zpravidla provádí pouze jedno opakování s tím, že
variabilita získaného výsledku je získána zpracováním dostatečně velkého souboru dat v procesu tzv. validace.
Během validace se mimo této hodnoty získávají také další parametry, které charakterizují použitou metodiku a
její aplikaci na daný vzorek (mez detekce, mez stanovitelnosti, linearita kalibrační závislosti, pracovní rozsah,
selektivita, rušivé vlivy, opakovatelnost, reprodukovatelnost, robustnost a další).
Vyloučení odlehlých výsledků
Získáme-li při analýze dostatečný počet dat, měla by být data s krajními hodnotami (nejnižší a nejvyšší)
otestována na odlehlost (přítomnost hrubé chyby). Pro testování odlehlosti nejmenší a největší hodnoty
seřazených (x1 až xn) dat můžeme použít různé testy (Dean-Dixonův, Studentův…), zde je uveden Dean-Dixonův
Q test, který se používá pro malý soubor dat (typicky <7):
 
R
xx
Q nn
n
1

kde R je tzv. rozpětí (xmax - xmin)
Vypočteme tedy hodnoty testu pro první a poslední hodnotu v řadě dat a srovnáme je s kritickými hodnotami
v tabulce podle počtu získaných dat a zvolené hladiny pravděpodobnosti (zpravidla  = 0,95). V případě, že je
hodnota testu vyšší než kritická hodnota, je výsledek odlehlý a je třeba jej ze souboru vyloučit. Po vyloučení
opět testujeme (nově získanou) krajní hodnotu na odlehlost (nutno přepočítat rozpětí). Vylučovat nelze ze dvou
hodnot a také ze tří hodnot, kde dvě z nich jsou shodné.
 
R
xx
Q 12
1


4
Tabulka kritických hodnot Q testu pro vyloučení odlehlých hodnot:
n
Qk
n
Qk
 = 0,95  = 0,90  = 0,95  = 0,90
3 0,941 0,988 7 0,507 0,637
4 0,765 0,889 8 0,468 0,590
5 0,642 0,760 9 0,437 0,555
6 0,560 0,698 10 0,412 0,527
Výpočet odhadu střední hodnoty a její variability
Po vyloučení odlehlých hodnot vypočteme odhad střední hodnoty souboru dat. Pro většinu výsledků
analytických metod lze za nejlepší odhad střední hodnoty považovat aritmetický průměr X:
X = (x1 + x2 + ....... xn) / n
Parametrem variability odhadu střední hodnoty (aritmetického průměru) je potom směrodatná
odchylka  (získaná z velmi velkého - teoreticky nekonečného počtu měření), respektive odhad směrodatné
odchylky s. Pro menší počet výsledků (n  10) je vhodné zjednodušeně vypočítat odhad směrodatné odchylky
z rozpětí Rn (Rn = xmax - xmin):
s = Rn . kn
Hodnoty koeficientu kn pro odhad směrodatné odchylky z rozpětí:
n kn n kn
2 0,8862 7 0,3698
3 0,5908 8 0,3512
4 0,4857 9 0,3367
5 0,4299 10 0,3249
6 0,3946
Jako relativní měřítko náhodné chyby se často používá relativní směrodatná odchylka sr, zpravidla
vyjádřená v procentech:
sr = s . 100 / X %
Směrodatná odchylka je statistickým parametrem měřícího postupu a v jednotlivém případě pouze udává, že při
náhodném rozdělení (Gaussovo rozdělení) leží 68,3% všech naměřených hodnot v rozpětí  okolo
aritmetického středu. Chceme-li výsledky vyjádřit s větší statistickou pravděpodobností P, musíme rozpětí
zvětšit na k, jak vyplývá z níže uvedené tabulky (P by přitom mělo být vždy uvedeno!).
Chyba v rozmezí  k Statistická
pravděpodobnost P
Chyba v rozmezí  k Statistická
pravděpodobnost P
0,675 .  50,0% 2,58 .  99,0%
1,00 .  68,3% 3,00 .  99,7%
1,64 .  90,0% 3,29 .  99,9%
1,96 .  95,0% 4,00 .  99,99%
Hromadění chyb a nejistota
Je-li výsledek analýzy kombinací několika experimentálně zjištěných hodnot (naprostá většina
výsledků), z nichž každá má svoji chybu (přesnost pipet, vah, odečítání objemu na byretě, přesnost opakovatelnost
rozkladu vzorku, odečtu výchylky na přístroji apod.), dochází k hromadění chyb. V praxi to
znamená, že čím více operací při analýze provádíme, tím větší je pravděpodobnost, že celková chyba stanovení
5
bude větší (pokud dané operace nemají zanedbatelnou chybu samy o sobě). Jednotlivé chyby se "sčítají" dle
zákona šíření chyb - chyba součtu či rozdílu je dána odmocninou ze součtu kvadrátů chyb dílčích hodnot,
v případě součinu či podílu je relativní chyba dána odmocninou ze součtu kvadrátů relativních chyb dílčích
hodnot.
V současném moderním pojetí analytické metrologie se operuje s pojmy standardní nejistota kombinovaná
nejistota - rozšířená kombinovaná nejistota. Zjednodušeně lze směrodatnou odchylku (jednoho
kroku analytického postupu) považovat za standardní nejistotu. Kombinovaná nejistota je potom směrodatná
odchylka výsledku celého analytického procesu, a to získaná buď ze zákona šíření chyb jednotlivých kroků
analytického postupu, anebo z výsledků opakovaně provedených analýz téhož vzorku. Rozšířením kombinované
nejistoty faktorem pokrytí k získáme rozšířenou kombinovanou nejistotu - interval, v němž se správná hodnota
výsledku analýzy vyskytuje s předem zvolenou pravděpodobností (zpravidla pro pravděpodobnost P = 95%, k =
2).
Srovnání experimentálních výsledků
Výsledky, které mají malou (relativní) směrodatnou odchylku, jsou precizní (výsledky opakovaného
stanovení padají blízko k průměrné hodnotě). Výsledky, jejichž střední hodnota je blízko očekávané (správné
hodnoty) jsou potom pravdivé. V praxi se setkáváme se všemi kombinacemi možností - výsledky pravdivé a
precizní (spolehlivé, ideální stav), výsledky správné ale nepřesné, výsledky nesprávné ale přesné a konečně
výsledky nesprávné a nepřesné.
Často potřebujeme srovnat dva výsledky analýzy, například při analýze téhož vzorku dvěma různými
metodami při ověřování jejich vhodnosti pro analýzu v rámci procesu validace. Vzhledem ke statistické povaze
výsledků chemické analýzy nelze srovnávat dva výsledky jako absolutní čísla, ale je třeba brát v úvahu také míru
jejich variability. Pro srovnání dvou experimentálních výsledků (průměrů XA a XB) využíváme statistické testy na
shodnost (Lordův, Studentův…). Pro malý soubor dat se používá Lordův test, který zahrnuje jak střední hodnotu
výsledků, tak jejich rozpětí Ra a Rb.
BA
BA
RR
XX
u



____
získanou hodnotu porovnáváme s kritickou tabelovanou hodnotou pro daný počet měření n. Výsledky jsou
shodné, pokud platí u < ukrit. Je-li výsledná hodnota větší než kritická hodnota, je rozdíl dvou testovaných
středních hodnot statisticky významný (na hladině pravděpodobnosti P) a výsledky nejsou shodné.
Srovnáváme-li experimentálně získanou hodnotu X s definitivní hodnotou , u které nepředpokládáme
žádnou variabilitu (například připravíme-li si standard se známým obsahem analytu a zanedbatelnou nejistotou
této hodnoty), použijeme opět statistický test, tentokrát test na pravdivost:
R
X
u


__
a získanou hodnotu opět porovnáme s tabelovanou kritickou hodnotou v tabulce. Je-li u < ukrit, pak je výsledek
pravdivý.
Tabulka kritických hodnot tkrit pro test shodnosti a správnosti (hladina pravděpodobnosti P = 0,95) a počet stupňů
volnosti :
n 2 3 4 5 6 7 8 9 10
ukrit 1,714 0,636 0,406 0,306 0,250 0,213 0,186 0,167 0,152
Zpracování kalibrační závislosti
V řadě instrumentálních metod se setkáváme s pojmem kalibrace, což je proces přiřazení změřené
hodnoty analytického signálu (proud, napětí, absorbance, atd.) známé hodnotě nezávisle proměnné (koncentrace,
absolutní množství). Pro většinu analyticky využívaných metod přitom platí, že závislost je v určitém rozmezí
lineární a také většinou prochází počátkem (při nulovém obsahu či koncentraci analytu je nulový také analytický
signál). Pro kalibraci se zpravidla konstruuje tzv. kalibrační graf, tedy grafické znázornění výše zmíněné
6
závislosti. Vzhledem k tomu, že jednotlivé body v tomto grafu jsou změřeny experimentálně, mají každý svoji
nejistotu. Pokud bychom každý z bodů měřili opakovaně, mohli bychom nejistotu vyjádřit například jako
směrodatnou odchylku. Abychom omezili vliv chyby měření jednotlivých bodů, provádíme tzv. vyrovnání, kdy
experimentální hodnoty (body) prokládáme křivkou, která odpovídá nějaké algebraické funkci y = f(x) a která
prochází co nejpřesněji naměřenými body. Cílem přitom není nalézt funkci, která by jednotlivé body spojila, ale
takovou funkci, s jejíž pomocí se nám podaří vyrovnat chyby měření jednotlivých bodů.
Lineární funkci lze popsat rovnicí y = ax + b. Odhady parametrů a (směrnice) a b (úsek na ose závisle proměnné
- analytického signálu) lze z n dvojic měření ([x1, y1],[x2, y2] až [xn, yn]) vypočítat metodou nejmenších čtverců.
Hodnoty obou parametrů, směrnice i úsek na ose, jsou přitom zatíženy chybou, která závisí na počtu bodů n a na
rozptylu bodů kolem regresní přímky (body, které neleží na přímce, zvyšují chybu odhadu parametru). Tyto
chyby lze vyjádřit jako směrodatné odchylky. Je-li hodnota parametru b malá (srovnatelná s vlastní směrodatnou
odchylkou), nebo je-li pro to fyzikální důvod, je vhodné úsek na ose otestovat, zda je statisticky významně
odlišný od nuly, a to pomocí tzv. t-testu. Vyjde-li nevýznamná odlišnost od nuly, položíme tento úsek roven nule
(přímka potom prochází počátkem) a přepočítáme směrnici (rovnice přímky má potom tvar y = ax).
7
Kvalitativní analýza
Kvalitativní analýza je jednou z oblastí analytické chemie, spočívající v důkazu hledaných prvků či
sloučenin a v identifikaci vzorků neznámého složení. K tomu účelu nám mohou posloužit různé chemické
reakce, při kterých vzniká sloučenina charakteristicky zbarvená, sraženina či jiný projev. Chemické reakce lze
využít pro důkaz jednotlivých anorganických iontů, stejně tak lze v organické kvalitativní analýze identifikovat
sloučeniny použitím reakcí charakteristických skupin látek (hydroxylová skupina, karboxyl, karbonyl,
aminoskupina atd.). V současné kvalitativní analýze se využívá moderních instrumentálních metod jak pro
analýzu prvkovou (například emisní spektrometrie), tak pro analýzu organických sloučenin (IR spektrometrie,
NMR spektrometrie, hmotnostní spektrometrie aj.).
Jednoduché důkazové reakce, se kterými se v následujících úlohách seznámíte, mohou sloužit například
pro identifikaci neznámé anorganické chemikálie ve vaší laboratoři (láhev bez štítku apod.). Pro důkazové
reakce jsou ideální tzv. specifické reakce, kdy za daných podmínek reaguje pouze hledaný ion. Takových reakcí
je ale málo a je tedy nutno dodržovat postup důkazu a v přítomnosti rušících iontů tyto předem oddělit nebo
maskovat. Ve cvičení si nejprve vyzkoušíte všechny důkazové reakce uvedených iontů, budete pozorovat, co je
pozitivní a co naopak negativní projev důkazu – u každé zkoušky je nutno provádět tzv. slepý pokus.
Slepý pokus je paralelně prováděný pokus za stejných podmínek a se stejnými činidly jako vlastní
pokus, jediný rozdíl je v tom, že místo zkoumaného roztoku vzorku použijeme stejné množství destilované vody.
Účelem slepého pokusu je poznat negativní výsledek reakce, a dále ověřit čistotu použitých činidel. Má-li být
reakce dostatečně průkazná, musí být výsledek slepého pokusu zřetelně odlišný od vlastního pokusu.
Vaším úkolem je dokázat v předloženém vzorku (vzorcích) hledané ionty. Při analýze roztoku vzorku se
doporučuje provádět ještě další, třetí pokus: místo vzorku se bere stejné množství roztoku příslušného iontu.
Výsledek pokusu s naším vzorkem potom porovnáme s oběma extrémními výsledky (slepý a "plný" pokus) a tím
si usnadníme rozhodování o přítomnosti nebo nepřítomnosti hledaného iontu. Tímto třetím pokusem současně
ověřujeme správnou funkci činidla a máme-li správné reakční prostředí.
Pracovní technika a pomůcky.
Kapkovací deska a filtrační papír.
Většina reakcí se provádí v kapce zkoumaného roztoku vzorku v jamce na kapkovací desce. Vznik
barevných produktů - rozpustných i sraženin - sledujeme na porcelánové kapkovací desce, bílé a světlé sraženiny
či zákaly pozorujeme nejlépe na skleněné kapkovací desce proti černému, nebo alespoň tmavému pozadí.
Promíchání kapky provádíme mírným foukáním přes pipetku. Zahřívání roztoku v kapce provádíme jen
výjimečně, a to ponořením zahřátého Pt drátku. Jiným způsobem zahřívat kapkovací desky nelze doporučit,
hrozí prasknutí desky.
V některých případech je výhodné provádět kapkové reakce na kousku filtračního papíru. Vznik
sraženiny rozeznáme na filtračním papíře od rozpustného produktu při oplachování papíru pod tekoucí vodou:
sraženina se na rozdíl od rozpustného produktu nedá vymýt.
Pro sledování tvaru krystalků sraženiny pod mikroskopem používáme podložní sklíčko. Sklíčko před
použitím musí být dokonale čisté a suché. Na sklíčko kápneme minimální množství vzorku a činidla a
promícháme (není nutno používat krycího skla). Zaostřování mikroskopu provádíme pohybem tubusu od vzorku.
Pokud dojde k namočení objektivu do vzorku, otřeme jej opatrně navlhčenou vatou a osušíme!
Pipetky, kapátka a lopatička
Přidávání roztoků vzorků a činidel provádíme pomocí kapátek nebo pipetek. Pipetky jsou skleněné
trubičky, na jednom konci vytažené v zúženou část. Pipetky musí být před použitím čisté, vypláchnuté
destilovanou vodou, aby nedošlo ke kontaminaci vzorku nebo činidla. Doporučuje se uchovávat pipetky ve větší
kádince s destilovanou vodou během pokusů. Kapátka jsou v širší části zakončena kouskem elastické hadičky,
jejíž konec je zaslepen, a tvoří uzávěr většiny lahviček s reagenčními roztoky.
Při kapkování se nikdy nesmíme dotknout kapátkem nebo pipetkou roztoku, ke kterému přidáváme
kapku. Kapku necháme volně ukápnout přes vzduchovou mezeru mezi kapátkem a povrchem roztoku, ke
kterému přikapáváme. V opačném případě hrozí kontaminace roztoku ve špičce pipetky nebo kapátka a zanesení
nečistot do vzorku nebo činidel. Znečištění roztoku vzorku záměnou pipetky zabráníme, když jednu pipetku
vyčleníme pouze pro přidávání roztoku vzorku a uchováváme ji ve zkumavce se vzorkem.
Reagencie v pevném stavu se přidávají pomocí špachtlí (mikrolžiček). Špachtli po použití opláchneme
vodou a otřeme hadříkem.
8
Zkumavky, centrifugační zkumavky
Některé operace (dělení skupin iontů, zahřívání aj.) provádíme ve zkumavce (dlouhé, tenkostěnné). Ve
zkumavce pracujeme obvykle - pokud není v návodu uvedeno jinak - s objemy 1 - 2 ml (tj. cca 1 – 2 cm vrstva
kapaliny). Zkumavky zahříváme buď přímo v plameni plynového kahanu, nebo na vodní lázni. Při zahřívání
v plameni musíme dbát na některé zásady bezpečnosti. Sklo zkumavky jako špatný tepelný vodič se může
lokálně přehřát a prasknout. Zahříváme proto vždy za současného intenzivního protřepávání obsahu zkumavky a
jen po dobu několika sekund v plameni a potom zase několik sekund mimo plamen necháme teplo z ohřátého
skla přejít na roztok vzorku. Destilující páry kondenzují v horní části zkumavky, kterou ohřejí. Nechceme-li si
popálit prsty, použijeme zkumavkový držák. Nikdy nemíříme ústím zkumavky na sebe nebo na jinou osobu,
ale vždy směrem do regálu. Nikdy neohříváme hořlavé kapaliny přímo na plameni (alkohol, benzen, kyselinu
octovou), ale použijeme vodní lázeň. Vodní lázeň pro zahřívání zkumavek sestává z kádinky na 250 ml a kovové
vložky pro zkumavky. Kádinka se naplní vodou a zahřívá se na síťce. Teplotu vody udržujeme blízko bodu varu.
Vyvařenou vodu nezapomínat doplnit! Unikají-li toxické nebo dráždivé plyny či páry, provádíme zahřívání
v digestoři se spuštěným odtahem.
Centrifugace slouží k oddělení sraženiny od roztoku odstředěním. Oddělení sraženiny se často urychlí
zahříváním směsi, kdy dochází k tvorbě větších shluků pevné fáze (sraženina se sbalí). Skleněné centrifugační
zkumavky jsou kónicky zúženy směrem ke dnu a smíme je zahřívat pouze na vodní lázni. Při zahřívání
v plameni dochází k lokálnímu přehřátí spojenému s utajeným varem, jehož následkem obsah zkumavky
vystřikuje a zkumavky snadno praskají. Vhodnější je nejprve připravit sraženinu v normální zkumavce (včetně
zahřívání) a v centrifugační zkumavce provést pouze centrifugaci. Některé typy centrifug umožňují použití
plastových centrifugačních zkumavek (tyto nezahříváme). Při centrifugaci vždy dbáme na vyvážení centrifugy
druhou zkumavkou s přibližně stejným množstvím kapaliny (vody). Nevyvážená centrifuga vibruje a může se
poškodit. Doba centrifugace se různí podle stupně koagulace sraženiny, její specifické hmotnosti a rychlosti
otáčení. Obvykle několik minut (3 – 5) postačí k dobrému oddělení.
Porcelánová miska a kelímek
Obojí používáme k odpaření roztoku vzorku, případně k přežíhání odparku. Porcelán je křehký materiál,
který při větším teplotním šoku snadno praská. Zahřívání provádíme buď na vodní nebo vzdušné lázni, na síťce,
nebo přímo v plameni. Při zahřívání přímo v plameni dbáme na pomalé a rovnoměrné ohřívání celého povrchu
misky nebo kelímku. Kelímek vložíme do trianglu (tři keramické trubičky svázané drátem do rovnostranného
trojúhelníku) a ten položíme na železný kruh, upevněný na stojanu. Rozžhavený kelímek při přemisťování
uchopíme kleštěmi, jejichž hroty jsme předem nahřáli v plameni. Horký porcelán nikdy nepokládáme přímo na
dlaždice stolu nebo na železný podstavec stojanu (prudkým ochlazením porcelán praská), ale pouze na
azbestovou sít'ku. Porcelánové misky ohříváme v plameni jen výjimečně, držíme je v kleštích.
Vzdušnou lázeň realizujeme tak, že kelímek v trianglu, který leží na železném kruhu, nebo misku
položenou přímo na železném kruhu umístíme nad sít'ku, ohřívanou plamenem kahanu. Mezi síťkou a dnem
kelímku nebo misky zůstává mezera 1 - 2 cm.
Platinový drátek
Platinový drátek průměru 0,5 mm a délky několik cm je zataven ve skleněné tyčince. Používá se hlavně
pro plamenové zkoušky. Platinový drátek při těchto zkouškách nejprve vyčistíme střídavým ponořením do
koncentrované kyseliny chlorovodíkové a přežíháním v plameni, dokud barví plamen. Při žíhání v plameni
drátek nevnášíme nikdy do středního, modrého kužele plamene (hrozí vznik karbidu platiny, zkřehnutí drátku a
jeho zlomení), ale vždy jen na okraj plamene či nad modrý kužel. Do plamene a stejně tak do zkoumaného
vzorku vnášíme drátek maximálně do poloviny jeho délky, jinak hrozí přehřátí skleněné tyčinky a po následném
ochlazení v kapalině její prasknutí a uvolnění drátku. Platinový drátek je snadno ohebný a může se zlomit,
neponořujte jej proto až na dno zkumavek a uchovávejte jej v kádince otočené drátkem vzhůru. Při náhodném
zlomení jej odevzdejte instruktorovi.
Čištění laboratorního nádobí
Použité nádobí omyjeme pod tekoucí pitnou vodou a opláchneme destilovanou vodou. Zde platí, že
opakovaný oplach menším množstvím vody je účinnější než naplnění nádobky a vylití. Spotřeba destilované
vody v analytické laboratoři je velká, snažte se jí šetřit (nikoli však nemístně). Některé sraženiny jdou rozpustit
ve vhodném činidle (HCl, NaOH), poté vždy následuje oplach pitnou a destilovanou vodou.
9
Úloha č. 1
- Selektivní reakce kationů a anionů I (Na+
, K+
, NH4
+
, Mg2+
, Ca2+
,
SO4
2,
PO4
3,
Cl,
NO3
-
)
- Selektivní reakce kationů II (Pb2+
, Cu2+
, Al3+
, Fe3+
, Mn2+
, Zn2+
,
Co2+
, Ni2+
)
Na+
Důkaz v plameni
Sodné soli barví plamen intenzivně žlutě, ve spektru pozorujeme žlutou čáru (ve skutečnosti dvojitou:
589,6 a 589,0 nm). Reakce je vysoce citlivá, nepatrné stopy Na+
stačí k zabarvení plamene (i plamenné reakce
dalších iontů mohou být ovlivněny stopami sodných solí z použitých chemikálií). Žluté čáry pozorujeme
ve spektru stále, sledování spektra v tomto případě nemá smysl.
Provedení: Vyčištěný platinový drátek (očko) namočíme do roztoku vzorku a vneseme do plamene. Přítomnost
Na+
ve vzorku uvádíme pouze tehdy, je-li zbarvení plamene po několik sekund jasně a svítivě žluté.
Mikroskopický důkaz s octanem uranylhořečnatým
Koncentrovaný roztok octanu uranylhořečnatého v kyselině octové dává s Na+
málo rozpustnou, světle
žlutou krystalickou sraženinu NaMg(UO2)3(CH3COO)9.9H2O. Pod mikroskopem pozorujeme pomalou tvorbu
charakteristických krystalů (stěny z rovnostranných trojúhelníků, některé krystaly připomínají svým tvarem
židovskou hvězdu).
Ruší: Velký nadbytek K+
, Li+
, celá řada těžkých kovů, PO4
3a
AsO4
3.
Lze je odstranit povařením 1 ml vzorku
s přebytkem MgO a odstředěním. Neruší NH4
+
, Mg2+
, Ca2+
, Ba2+
, Zn2+
, Cd2+
, Pb2+
a A13+
.
Provedení: Na čisté podložní sklíčko kápneme 1 kapku čirého roztoku a přikápneme jednu kapku činidla. Po
několika minutách (2 - 5) pozorujeme pod mikroskopem vzniklé krystaly. Současně překontrolujeme čistotu
činidla slepým pokusem.
K+
Důkaz v plameni
Přítomnost K+
ve vzorku se projeví světle fialovým zbarvením plamene. Ve spektru se projeví jen při
větší intenzitě emitovaného světla slabá červená čára při 766 a 770 nm.
Ruší: Všechny ostatní ionty barvící plamen, protože zabarveni plamene draslíkem je ze všech nejslabší. Intenzita
zbarvení klesá v řadě: Na, Li, Ca, Ba, K. Nejvíce ruší intenzivní zbarvení sodíku, jehož žluté světlo se však dá do
značné míry potlačit modrým kobaltovým sklem, přes které zabarvení plamene pozorujeme. Ve spektru není
červená linie draslíku (pokud se objeví) ničím rušena.
Provedeni: Vzhledem ke slabé intenzitě zbarvení plamene je vhodné pracovat s odparkem vzorku. Roztok
v porcelánovém kelímku odpaříme do sucha a do vychládlého kelímku přidáme 1 kapku konc. HCl. Vzniklou
kašovitou hmotu nabíráme dobře vyčištěným Pt drátkem a vnášíme do plamene. Plamen pozorujeme přes
kobaltové sklo (červenofialové zbarvení) a spektroskopem. Doporučuje se připravit si modelové vzorky
obsahující: Na, K a směs Na + K a sledovat jejich zbarvení plamene přes kobaltové sklo.
Důkaz dipikrylaminem
Vznik oranžově červené sraženiny v neutrálním nebo slabě alkalickém prostředí. Sraženina je zpočátku
jemně krystalická a světlejší, časem se tvoří větší krystalky temnějšího zbarveni. Pod mikroskopem pozorujeme
hexagonální krystalky, převažuje tvar pravidelného kosočtverce. Jako činidlo se používá vodný roztok sodné soli
s přídavkem Na2CO3.
10
Ruší: NH4
+
(vznik izomorfní sraženiny), kyselé prostředí (vznik žluté sraženiny dipikrylaminu), Ca2+
, Ba2+
,
kationy těžkých kovů (srážejí se Na2CO3 přítomným v činidle). Amonné soli odkouříme, ostatní rušení
odstraníme přídavkem nasyceného roztoku Na2CO3 ke zkoumanému roztoku vzorku.
Provedení: Obsahuje-li vzorek NH4
+
, odpaříme 1 ml roztoku vzorku v porcelánové misce do sucha a odparek
opatrně žíháme přímo v plameni do slabě červeného žáru (misku držíme zahřátými kleštěmi). Po ochlazení
přidáme 1 ml destilované vody a 2 až 3 kapky nasyceného roztoku Na2CO3 a po přelití do centrifugační
zkumavky odstředíme.
Na podložní sklíčko dáme 1 kapku čirého roztoku, přikápneme 1 kapku činidla a pozorujeme pod mikroskopem.
Dobře vyvinuté krystalky vzniknou po 2 - 3 min. Pozor: krystalky obdélníkového tvaru na okraji kapky vznikají
krystalizací samotného činidla odpařováním vody, nezaměňovat s pozitivní reakcí!
NH4
+
Důkaz Nesslerovým činidlem
Nesslerovo činidlo je roztok tetrajodortuťnatanu v NaOH. V alkalickém prostředí vzniká s amoniakem
hnědá sraženina, obsahující skupiny -I a -NH2 kolísavého složení. Reakce je velmi citlivá, už stopy NH4
+
nebo
NH3 dávají žluté zbarvení.
Ruší: Všechny kationy, které se srážejí v alkalickém prostředí. V jejich přítomnosti provedeme důkaz NH4
+
v plynné fázi jako NH3.
Provedení: 1 kapka roztoku vzorku + 1 kapka roztoku činidla. Pozorujeme vznik hnědé sraženiny.
Důkaz jako NH3 v plynné fázi
Plynný NH3 se uvolňuje z roztoku NH4
+
v alkalickém prostředí:
NH4
+
+ OH→
NH3 + H2O
Zahříváním roztoku vzorku po zalkalizování uniká plynný NH3, který dokážeme indikačním pH papírkem nebo
Nesslerovým činidlem.
Provedení: 3 kapky roztoku vzorku a 3 kapky 10% NaOH zahříváme opatrně v porcelánovém kelímku na síťce.
Kelímek je zakrytý kouskem filtračního papíru s 1 kapkou Nesslerova činidla. V přítomnosti NH4
+
zbarví
unikající amoniak vlhkou skvrnu na filtračním papíru do hněda (papír nesmí vyschnout, vlhčit destilovanou
vodou), ovlhčený pH papírek zmodrá.
Mg2
+
Důkaz magnezonem
Čerstvě srážený hydroxid hořečnatý se vybarvuje některými barvivy velmi charakteristicky. Magnezon
(4-nitrobenzenazorezorcin nebo 4-nitrobenzenoazo-l-naftol) tvoří s Mg2+
v a1ka1ickém prostředí modrý chelát,
který je stabilizován adsorpcí na Mg(OH)2.
Ruší: velký nadbytek amonných solí a kationy "těžkých kovů". V přítomnosti velkého nadbytku solí NH4
+
se
snižuje citlivost reakce a proto je nutno tyto soli odkouřit. Při vyšší koncentraci Ca2+
se alkalickým hydroxidem
sráží Ca(OH)2, jehož bílá sraženina se v nepřítomnosti Mg2+
vybarví magnezonem fialově a může se tím ztížit
rozhodování. Kationy "těžkých kovů" tvoří samy barevné hydroxidy nebo se jejich hydroxidy též vybarvují
činidlem (např. Cd2+
). Odstraní se čerstvě připraveným sulfidem amonným.
Provedení: 1 kapka roztoku vzorku + 1 kapka činidla + 1 - 2 kapky 10% NaOH. V přítomnosti Mg2+
vznikne
chrpově modrá sraženina. Souběžně provádíme slepý pokus: v nepřítomnosti Mg2+
původně žlutý roztok po
zalkalizování změní barvu na fialovou (roztok zůstane čirý).
Obsahuje-li vzorek "těžké kovy" (vznik sraženiny nebo zákalu s čerstvě připraveným sulfidem amonným)
přidáváme k 1 ml roztoku vzorku po kapkách roztok sulfidu amonného, odstředíme a čirý a bezbarvý roztok
(kontrola úplnosti srážení!) použijeme pro důkaz Mg2+
.
11
Ca2+
Důkaz v plameni
Ionty Ca2+
barví plamen cihlově červeně. V přítomnosti chloridů se přechodně tvoří těkavější CaCl2,
který se projeví v plameni jasnějšími karmínově červenými záblesky (záměna s Li možná!) bezprostředně po
vnesení vzorku do plamene. S určitým zpožděním se objeví méně výrazné cihlové červené zbarvení plamene,
které ve spektru vykazuje dva pásy: červený při 620 nm a zelený při 554 nm. Charakteristické je, že se oba pásy
objevují a mizí současně.
Ruší: Na a Li mnohem intenzivnějším zbarvením plamene, které překryje zbarvení Ca. Ve spektru může
kombinace Li+Ba předstírat přítomnost Ca, ovšem jasná a mnohem užší červená linie Li se neobjevuje a nemizí
současně se zelenými liniemi Ba.
Důkaz kyselinou šťavelovou
Vznik bílé krystalické sraženiny šťavelanu vápenatého v slabě kyselém prostředí nadbytku kyseliny
šťavelové.
Ruší: většina kationů "těžkých kovů", neruší Ba2+
a alkalické kovy.
Provedení: 1 kapka roztoku vzorku + 1 kapka roztoku kyseliny šťavelové - vznikne bílá krystalická sraženina.
Provádíme na skleněné kapkovací desce. Sraženina, tvořená většími krystalky, je často špatně postřehnutelná.
Jsou-li ve vzorku přítomny kationy "těžkých kovů", odstraníme je pomocí MgO.
SO4
2Důkaz
Ba2+
nebo Sr2+
solí
Vznik bílé krystalické sraženiny nerozpustné ve zředěných kyselinách. Konverze na jiné sloučeniny je
možná pouze na suché cestě, např. redukcí kovovým hořčíkem nebo sodíkem při vyšších teplotách na BaS nebo
SrS. Vzniklý sulfid (vzniká ze všech sloučenin síry!) se potom dokáže např. zčernáním stříbrného plíšku nebo
nitroprusidem.
Ruší: S2O3
2pomalým
vylučováním síry po okyselení. Vznikne bílý koloidní roztok, který znemožňuje
pozorování tvorby bílé sraženiny BaSO4.
Provedení: K 1 kapce roztoku vzorku přidáme 1 kapku 2 M HCl a 1 kapku 0,05 M BaCl2. Vznik bílé sraženiny
nebo zákalu dokazuje přítomnost SO4
2-
.
PO4
3Důkaz
molybdenanem
Vznik žluté sraženiny (přechodně i žlutý roztok), nejlépe za horka, proměnlivého složení, obvykle
(NH4)3P(Mo3O10)4.xH2O v přítomnosti NH4
+
a v prostředí HNO3 (nebo jiné minerální kyseliny).
Provedení: K 1 ml roztoku vzorku ve zkumavce přidáváme 2 M HNO3 do kyselé reakce (1 ml) a potom přidáme
1 ml molybdenanového činidla. V přítomnosti fosforečnanů vznikne žlutá sraženina. Při nižších koncentracích
fosforečnanu vzniká sraženina až po několikaminutovém zahřívání (např. na vodní lázni).
ClDůkaz
Denigesovým činidlem
V prostředí konc. H2SO4 se chloridy oxiduji manganistanem na chlor, který uniká z reakční směsi a
zachycuje se v kapce NaOH. Vzniklý chlornan oxiduje anilin a fenol na modrý indamin a indofenol.
Ruší: velký nadbytek redukujících látek (též Bra
I).
Unikající páry bromu či jodu vybarví suchou část papíru
hnědě či fialově a mohou tím znesnadnit pozorování modrého zbarvení. Proto vlhčíme papír 1 M NaOH, který
Br2 i I2 odbarví.
12
Provedení: Do porcelánového kelímku dáme 1 ml konc. H2SO4, několik krystalků pevného KMnO4, přidáme 5
kapek roztoku vzorku a kelímek ihned zakryjeme kouskem filtračního papíru, ovlhčeného 1 kapkou 1 M NaOH a
1 kapkou Denigesova činidla (vodný roztok čerstvě destilovaného fenolu a anilinu). V přítomnosti chloridů se
vlhká část papíru vybarví modře. Při nižším obsahu chloridů kelímek opatrně zahříváme a dbáme na to, aby
filtrační papír nevyschl (přikápnutím 1 M NaOH).
Důkaz tvorbou chromylchloridu
V bezvodém prostředí konc. H2SO4 se z dichromanu tvoří těkavý červenohnědý CrO2C12, který jako
chlorid kyseliny chromové ve vodě snadno hydrolyzuje na H2CrO4 a HCl.
Ruší: NO2
a
NO3
vznikem
NOCl, který spotřebuje chloridy a důkaz má negativní výsledek. Negativní výsledek
dávají i nerozpustné nebo nedisociované chloridy, např. AgCl a HgCl2. Červené nebo hnědofialové dýmy Br2,
NO2 a I2 neruší, protože po zachycení v roztoku NaOH se odbarví.
Provedení: 1 ml roztoku vzorku odpaříme v porcelánovém kelímku, k odparku přidáme špetku pevného K2Cr2O7
a 5 kapek konc. H2SO4. Kelímek ihned přikryjeme kouskem filtračního papíru navlhčeného 1 - 2 kapkami 1 M
NaOH a opatrně zahříváme na vzdušné lázni. Přítomnost chloridů se projeví tvorbou červených dýmů, které
vybarví vlhký papír do žluta (papír stále vlhčíme 1 M NaOH).
NO3
Důkaz
difenylaminem
Oxidační činidla oxidují difenylamin v kyselém prostředí na modré oxidační produkty, které však
nejsou stálé a přecházejí přes fialové zbarvení do špinavě hnědé sraženiny. Kyselina dusitá má už ve slabě
kyselém prostředí oxidační účinky, zatímco kyselina dusičná až ve značně koncentrovaném stavu. Důkaz NO3
difenylaminem
musíme proto provádět v silně kyselém a vodu odnímajícím prostředí konc. H2SO4.
Ruší: veškerá oxidační činidla, např. NO2
,
CrO4
2,
MnO4
,
Fe3+
aj. Částečně ruší i I(konc.
H2SO4 uvolňuje
červenohnědý I2).
Provedení: Do čisté zkumavky dáme 1 kapku roztoku vzorku a otáčením zkumavky smočíme co největší povrch
vnitřní stěny zkumavky. V blízkosti ústí zkumavky kápneme 1 kapku roztoku difenylaminu v konc. H2SO4
(Pozor, žíravina! Chránit oči brýlemi!) a sledujeme její stopu při stékání uvnitř zkumavky. V místě styku
s roztokem vzorku se vytváří modrá stopa, která po chvíli změní zabarvení. Pozor, při přidávání roztoku
difenylaminu se nedotýkejte kapátkem stěny zkumavky – zkontaminujete celý obsah lahvičky s difenylaminem.
Důkaz tvorbou azobarviva po redukci na NO2
-
zinkem
V prostředí kyseliny octové se dusičnany redukují práškovým zinkem na dusitany, které se dokáží
diazotační a kopulační reakcí za vzniku azobarviva.
Ruší: NO2
,
odstraní se močovinou v prostředí zředěné H2SO4.
Provedení: Kapku roztoku vzorku na porcelánové kapkovací desce okyselíme 1 kapkou konc. kyseliny octové a
přidáme na špičku lopatičky prachového zinku. Foukáním přes pipetku promícháme a přidáme 1 - 2 kapky
roztoku kyseliny sulfanilové, 1 kapku roztoku kyseliny chromotropové a zalkalizujeme 1 M NaOH. Jasně
červené zbarvení dokazuje NO3
ve
vzorku (v nepřítomnosti NO2
-
).
Pb2+
Důkaz kyselinou sírovou
Ionty SO4
2způsobují
tvorbu hutné bílé sraženiny PbSO4. Jako srážecí činidlo je nejvhodnější 1 M
H2SO4. Síran olovnatý je rozpustný v nadbytku NaOH (rozdíl od BaSO4). Přídavkem sulfidu amonného bílá
sraženina zčerná za vzniku PbS (BaSO4 zůstane bílý).
Ruší: Ba2+
tvoří také bílou sraženinu, která však nedává uvedené reakce. Pb2+
můžeme oddělit od Ba2+
např. 2 M
HCI (vznikne bílá sraženina PbCl2) nebo 2 M NH3 (vznikne bílá sraženina Pb(OH)2).
13
Provedení: K 1 kapce roztoku vzorku přidáme 1 - 2 kapky 1M H2SO4. Vzniká bílá sraženina, která přídavkem 1
kapky sulfidu amonného zčerná, nebo přídavkem několika kapek 10% NaOH se rozpustí. Provádíme na skleněné
kapkovací desce.
Důkaz chromanem draselným
Vznik žluté sraženiny PbCrO4, rozpustné ve 20 % NaOH (na rozdíl od BaCrO4).
Ruší: celá řada kationů tvorbou žlutých až hnědých sraženin. Srážením 1 M H2SO4 vyloučíme PbSO4 a BaSO4 ze
vzorku a konverzí s K2CrO4 získáme žlutý PbCrO4 (BaSO4 nereaguje).
Provedení: Ke 3 kapkám vzorku přidáme po kapkách 1 M H2SO4 až do úplného vysrážení, odstředíme a
sraženinu promyjeme cca 1 ml 1 M H2SO4 (ke sraženině přilijeme promývací kapalinu, roztřepeme, odstředíme a
odlijeme) a ještě destilovanou vodou, ke které přidáme 2 - 3 kapky 1 M octanu sodného. Po odstředění slijeme
promývací vodu, ke sraženině přidáme 5 kapek 5 % K2CrO4, sraženinu zvíříme a zahříváme několik minut na
vodní lázni. Po opětovném odstředění žlutá sraženina dokazuje přítomnost Pb2+. V přítomnosti většího množství
Ba2+ je sraženina pouze zřetelně nažloutlá, proto použijeme v tomto případě konverzi na PbS.
Cu2+
Důkaz hexakyanoželeznatanem
Vznik červenohnědé sraženiny proměnlivého složení (převládá Cu3[Fe(CN)6] a Cu2K[Fe(CN)6])
v neutrálním nebo slabě kyselém prostředí. Sraženina se snadno rozpouští ve zředěných minerálních kyselinách a
v amoniaku.
Ruší: Fe3+
- vznik intenzivně zbarvené berlínské modři. Rušení 1ze odstranit amoniakálním dělením. Barevné
sraženiny s [Fe(CN)6]4dávají
i některé jiné kationy (např. Co2+
, Ni2+
), důkaz Cu2+
však ruší jen při velkém
přebytku.
Provedení: k 5 kapkám roztoku vzorku přidáme konc. NH3 do zřetelného přebytku (je cítit amoniak), směs
odstředíme. Vznik modrého roztoku svědčí o přítomnosti mědi (možnost záměny s Ni2+
!). K 1 kapce tohoto
roztoku na porcelánové kapkovací desce přidáme konc. kyselinu octovou do světle modrozeleného zbarvení a 1
kapku K4[Fe(CN)]6. V přítomnosti Cu2+
vznikne červenohnědá sraženina.
Důkaz diethyldithiokarbaminanem (kupralem)
Vzniká hnědá sraženina chelátu 1 : 2 v neutrálním, kyselém i alka1ickém prostředí. Ve vodě
nerozpustný chelát se dobře rozpouští v chloroformu, izoamylalkoholu a jiných organických rozpouštědlech.
Ruší: málo rozpustné cheláty vznikají s velkým počtem prvků. Provedeme-li reakci s amoniakálním výluhem
v přítomnosti EDTA, vzniká hnědý chelát, extrahovatelný do CHCl3, pouze s Cu2+
.
Provedení: Amoniakální výluh získáme jako v předchozím důkazu. Ke 2 kapkám tohoto roztoku přidáváme po
kapkách 0,1 M EDTA do změny modrofialového zbarvení na světle blankytně modré. Přidáme několik krystalů
pevného kupralu a protřepeme. Vznikne hnědá sraženina, která po přídavku 1 ml CHCl3 a protřepání se v něm
rozpustí na hnědý roztok. Provádíme ve zkumavce.
Al3+
Důkaz alizarinem S (1,2-dihydroxyantrachinon-3-sulfonan)
Vznik červeného chelátu AlL, povrchově adsorbovaného na sraženinu Al(OH)3 v amoniakálním
prostředí. Tato sraženina je nerozpustná ve zředěné kyselině octové (v tomto prostředí se však nesráží, vzniká
pouze cihlově červený roztok chelátu). Činidlo je acidobazický indikátor, v kyselém prostředí je žluté,
v alkalickém fialové.
Ruší: Fe3+
, Cu2+
aj. Oddělíme je pomocí NaOH.
Provedení: K 1 ml 1 M NaOH přidáme 10 kapek roztoku vzorku. Z hlinitých solí vzniká přechodně hydroxid
hlinitý, který se však v přebytku hydroxidu rozpouští na hlinitan. Rušící kationy se vysráží – jsou-li přítomny, po
protřepání se směs odstředí. Na porcelánovou kapkovací desku se nanese 1 kapka čirého alkalického roztoku,
přidá se 1 kapka činidla a přikapává se 2 M CH3COOH až se fialové zbarvení změní: v přítomnosti Al3+
na
cihlově červené, slepý pokus má žluté zbarvení.
14
Fe3+
Důkaz thiokyanatanem
V kyselém prostředí vznikají intenzivně červeně zbarvené rozpustné komplexy FeNCS2+
vedle
Fe(NCS)2
+
.
Ruší: Fv
nadbytku - maskovací činidlo.
Provedení: Na kapkovací desce se k 1 kapce kyselého roztoku vzorku přidá 1 kapka 20 % thiokyanatanu
amonného. V přítomnosti Fe3+
vznikne intenzivně červené zbarvení.
Důkaz hexakyanoželeznatanem draselným
V kyselém prostředí vzniká sraženina nebo koloidní roztok berlínské modři.
Ruší: Cu2+
ve velkém nadbytku.
Provedení: Na kapkovaci desce se přidá k 1 kapce roztoku vzorku po 1 kapce konc. HCl a 10 % K4[Fe(CN)6].
V přítomnosti Fe3+
vznikne modrá sraženina.
Důkaz kyselinou 5-sulfosalicylovou
Při pH 1 - 2 vzniká v nadbytku činidla fialový rozpustný chelát.
Ruší: F,
H3PO4 - (maskovací činidla).
Provedení: Na kapkovací desce se k 1 kapce kyselého roztoku vzorku přidají krystalky pevného činidla.
V přítomnosti Fe3+
vzniká fialové nebo červené zbarvení.
Mn2+
Důkaz oxidací na MnO4
-
jodistanem
Oxidace probíhá v kyselých roztocích za horka a vzniká fialový MnO4
.
Reakce je velmi citlivá a musí
se provádět se zředěným roztokem vzorku. Při vyšších koncentracích a nižší aciditě vzorku vzniká hnědá
sraženina MnO2 (burel).
Ruší: Cl- v nadbytku
Provedení: 1 kapku roztoku vzorku zředíme ve zkumavce cca 2 ml dest. vody a obsah zkumavky vylijeme.
Ulpívající kapky na stěnách zkumavky postačují na důkaz. Přidáme 2 ml 2 M HNO3, na špičku lopatičky pevný
KIO4 a zahříváme k varu. Po několika minutách se v přítomnosti Mn2+
roztok začne barvit fialově. Pokud se
zbarvení neobjeví ani po několika minutách, přidáme další KIO4 a dále zahříváme. Pozor na záměnu se slabě
růžovým zbarvením Co2+
.
Zn2+
Důkaz hexakyanoželeznatanem
V prostředí 1 M HCl vzniká sraženina hexakyanoželeznatanů zinečnatých s proměnlivým obsahem
draselných iontů, která je teoreticky bílá. Ve žlutém roztoku nadbytečného hexakyanoželeznatanu se však jeví
žlutě a v přítomnosti Fe3+
(vznik berlínské modři ze znečištění chemikálií stopovými obsahy Fe), v konečném
efektu pozorujeme obvykle žlutozelenou sraženinu. Sraženina je nerozpustná v 20 % HCl.
Ruší: Fe3+
, Cu2+
, Mn2+
, Ni2+
, Co2+
. Odstraníme dělením v 1 M NaOH.
Provedení: Ke 2 ml 1 M NaOH ve zkumavce přidáme 0,5 ml roztoku vzorku, po protřepání směs krátce
povaříme, odstředíme (obsahuje-li sraženinu) a čirý roztok opatrně slijeme. K roztoku přidáme stejný objem
konc. HCl, 1 M octanu sodného a činidla. Vznik žlutozelené sraženiny nebo zákalu dokazuje přítomnost zinku.
V nepřítomnosti Zn2+
vznikne čirý žlutozelený roztok (slepý pokus nutný, provádíme ve zkumavce).
15
Co2+
Důkaz thiokyanatanem
Vznik modrého rozpustného komplexu [Co(NCS)4]2s
nadbytkem činidla. Komplex se extrahuje do
polárních kyslíkatých rozpouštědel (např. do izoamylalkoholu).
Ruší: Fe3+
(maskuje se Fza
vzniku bezbarvého rozpustného komplexu), Cu2+
tvoří hnědou sraženinu
(v nadbytku NH4SCN se však daří vyextrahovat do izoamylalkoholu modrý Co - komplex ).
Provedení: K 1 kapce neutrálního nebo slabě alkalického roztoku vzorku přidáme několik zrníček NH4SCN
(v přítomnosti Fe3+
přidáváme pevný NaF do odbarvení intenzivního červeného zbarvení za míchání opatrným
foukáním přes pipetku, zabránit nadbytku NaF) a 2 kapky izoamylalkoholu. Foukáním přes pipetku se
v přítomnosti Co2+
modré zbarvení extrahuje do vnější organické fáze.
Důkaz 1-nitrozo-2-naftolem
Vznik červenohnědé sraženiny chelátu CoL3 v neutrálním, slabě kyselém nebo amoniakálním prostředí.
Vyloučená sraženina se nerozpouští v 10 % HCI.
Ruší: Cu2+
, Fe3+
, Hg2+
, Ni2+
. Jejich cheláty se však v 10 % HCl rozloží.
Provedení: Na filtrační papír se kápne 1 kapka roztoku vzorku, 1 kapka 1 M octanu sodného a 1 kapka činidla.
Po chvíli se přidá 1 kapka 10% HCl. V přítomnosti Co2+
zůstává hnědočervená skvrna na papíře (srovnávací
pokus s Cu2+
, Ni2+
, Fe3+
se doporučuje).
Ni2+
Důkaz diacetyldioximem
V amoniakálním prostředí vzniká růžově červená sraženina chelátu Ni(DH)2.
Provedení: K 1 ml 2 M NH3 přidáme 3 kapky roztoku vzorku a po protřepání odstředíme. Čirý roztok slijeme a
přidáme k němu 1 - 2 kapky činidla. V přítomnosti Ni2+
vzniká růžově červená sraženina. Důkaz můžeme
provést i na filtračním papíře: K 1 kapce roztoku vzorku se přidají 2 kapky roztoku činidla a papír se okouří
amoniakem (nad hrdlem lahvičky s konc. NH3). Objeví se růžová skvrna, která se nedá spláchnout pod tekoucí
vodou.
16
Kvantitativní analýza – základní operace
Kvalitativní analýza neznámých vzorků je jen jednou z oblastí analytické chemie. Stěžejní činností
analytického chemika je kvantifikace známých složek, zjištění jejich obsahu ve vzorku, tedy kvantitativní
analýza. V souvislosti s vlastnostmi a charakterem analytu (tedy látky stanovované) a vzorku (hmota, v níž
stanovovanou látku hledáme) je využívána celá řada metod analytické chemie k tomu, aby stanovení svými
metrologickými vlastnostmi (správnost, přesnost, mez stanovitelnosti, opakovatelnost aj.) vyhovovalo
požadavkům zadavatele analýzy a tedy i uživatele výsledků.
Moderní analytická chemie využívá řadu metod na rozličných fyzikálně-chemických principech,
nicméně u všech se setkáváme se základními činnostmi, jako je vážení, odměřování objemu, ředění roztoků,
kalibrace přístroje apod. S těmito základními operacemi (nejen) analytické chemie se setkáte také ve své praxi
biologické, fyzikální či v ostatních oblastech chemie. Vzhledem k tomu, že kvalita výsledků vaší práce je mimo
jiné závislá také na přesnosti a správnosti prováděných základních analyticko-chemických operací, je tato úloha
zaměřena právě na získání správných návyků při vážení a odměřování objemu pipetou, byretou a odměrnou
baňkou. Využijete je ve všech následujících úlohách kvantitativní analytické chemie a věříme, že vám
napomohou i ve vašem dalším profesním životě.
Váhy a vážení
Analytické váhy
Analytické váhy patří k základnímu vybavení každé analytické laboratoře. Je to velmi jemné a citlivé
zařízení, proto musíme analytické váhy chránit především proti otřesům, prachu, vlhkosti, před agresivními
látkami, které způsobují korozi kovových částí vah, a proti změnám teploty. Proto bývají umístěny v samostatné
místnosti (váhovně) na masivních konzolách upevněných na nosné zdi. Ve váhovně se udržuje konstantní teplota
a nesmí se tam manipulovat ani s vodou či jinými látkami, uvolňujícími agresivní páry. Analytické váhy mohou
být různé konstrukce, od nejstarších dvoumiskových vah s ručním přidáváním závaží přes váhy jednomiskové s
analogovou stupnicí až po nejmodernější váhy digitální. I přes zjednodušující se obsluhu těchto zařízení jsou to
vždy přístroje velmi citlivé a jemné a proto je nanejvýš vhodné se k nim také tak chovat. Analytické váhy jsou
konstruovány tak, aby byly schopny vážit s přesností na 0,1 mg. Všechny hmotnosti, získané vážením na
analytických vahách, tedy budou uváděny (v gramech) na 4 desetinná místa. Pokud je na posledním místě nula,
je nutno ji tam také uvést.
V našich laboratořích se používají vesměs poloautomatické dvoumiskové váhy s tlumenými kyvy.
Vahadlo je opatřeno třemi achátovými břity, které spočívají na achátovém ložisku. Ostrost břitů má
bezprostřední vliv na citlivost vah, limituje mez važitelnosti a reprodukovatelnost vážení, proto se břity chrání
aretací. Aretace je oddálení břitů od svého ložiska (achátové destičky) mechanickým nadzvednutím vahadla a
závěsů misek po dobu, kdy se neváží. Aretace se ovládá knoflíkem uprostřed báze vah. Váhy jsou chráněny před
prachem a vzdušným prouděním během vážení prosklenou, uzavíratelnou skříňkou. Ve středu vahadla pod
středním břitem je upevněn jehlový ukazatel. Na jeho spodním konci je umístěna značka, která se optickým
zařízením promítá na osvětlenou stupnici (+ 100 dílků nalevo a - 100 dílků napravo od středové nulové polohy).
Stupnicí lze pohybovat otáčením knoflíku napravo od stupnice. Číslice na stupnici odpovídají miligramům,
jednotlivé dílky desetinám miligramu.
Poloautomatické váhy mají na závěsu pravého ramene vahadla zařízení, které umožňuje zavěšovat
kroužková zlomková závaží (10 - 990 mg). Zařízení se ovládá knoflíkem (10 - 90 mg) a mezikružím (100 - 900
mg) v pravém horním rohu skříňky. Na pravou misku vah se kladou jen gramová závaží (pomocí pinzety
s umělohmotnými nebo mosaznými špičkami). Závaží jsou mosazná, pochromovaná a jsou umístěna v příslušné
sádce podle schématu: 1, 2, 3, 5, 10, 20, 30, 50 a 100 g. Na levou misku se klade vážený předmět. Vzduchové
tlumiče pod závěsy misek umožňují rychlé, aperiodické ustálení rovnovážné výchylky.
Technické váhy
Technické jednomiskové váhy slouží k rychlému odvažování činidel nebo k rychlému určení hmotnosti
s přesnosti na 0,1 g. S výhodou se používají jako tzv. předvážky pro urychlení jinak zdlouhavého vyvažování na
analytických vahách. Na osvětlené stupnici odečítáme celé gramy (udané číslicí) a desetiny gramů (jednotlivé
dílky). Před vlastním vážením zkontrolujeme nulovou polohu stupnice a případně ji korigujeme knoflíkem
vpravo od stupnice. Osvětlení stupnice se zapíná knoflíkem na levé straně vah otáčením dozadu (transformátor
pro napájení žárovky osvětlení musí být připojen na síťové napětí). Osvětlení stupnice zapínáme jen po dobu
vážení!
17
Postup při vážení
Na předvážkách nejprve určíme hmotnost váženého předmětu (váženky, kelímku ap.) s přesností na
desetiny gramu a hmotnost si poznamenáme. Vybereme si analytické váhy a na těchto vahách provádíme obojí
vážení: většina vážení má totiž diferenční charakter - napřed zvážíme nádobku a potom nádobku s látkou;
hmotnost vážené látky určíme jako rozdíl obou vážení. Použijeme-li v obou případech stejné váhy a stejná
závaží, kompenzují se do značné míry chyby, způsobené nepřesností závaží. U každých analytických vah je
kartička, do které zapíšeme požadované údaje: datum, studijní obor a jméno. Překontrolujeme, jsou-li váhy
připojeny na síť, dále jsou-li misky vah prázdné a je-li knoflík zařízení pro navěšování zlomkových závaží
(kroužků) v nulové poloze. Provedeme odaretování vah opatrným otáčením knoflíku doleva, při tom se rozsvítí
stupnice a sledujeme čárkovou značku na stupnici. Značka nesmí nikdy opustit stupnici, jinak hrozí poškození
vah! Vyčkáme ustálení polohy značky (v blízkosti středu stupnice) a knoflíkem vpravo posuneme stupnici tak,
aby se střed stupnice (nulová poloha) přesně kryl se značkou. Nepodaří-li se nám takto nastavit nulovou polohu,
informujeme instruktora. Váhy opět opatrně zaaretujeme, otevřeme levá dvířka, na levou misku položíme
vážený předmět a dvířka opět zavřeme. Po otevření pravých dvířek dáme na pravou misku pomoci pinzety
příslušná gramová závaží podle hmotnosti, zjištěné na předvážkách, a dvířka zavřeme. Navěsíme ještě
odpovídající zlomková závaží pomalým otáčením vnějšího knoflíku (mezikruží). Váhy zvolna odaretujeme, ale
ne úplně! Pozorně sledujeme pohyb značky, která nesmí opustit stupnici. Nachází-li se značka v levé části
stupnice, váhy zaaretujeme a otáčením vnitřního knoflíku přidáváme setiny gramu, až se značka ustálí uvnitř
stupnice. V opačném případě musíme nejprve ubrat desetiny gramu a dále postupovat stejným způsobem. Teprve
zůstává-li značka uvnitř stupnice, můžeme váhy plně odaretovat. Po ustálení polohy značky odečítáme
hmotnost: celé gramy udávají závaží na misce, desetiny a setiny gramu odečteme z polohy příslušných knoflíků
zařízení pro navěšování zlomkových závaží. K tomuto číslu připočteme miligramy a desetiny miligramů,
odečtené ze stupnice, a to se znaménkem +, je-li značka v levé části stupnice, nebo se znaménkem -, je-li značka
napravo od nuly. V tomto případě je výhodnější přesunout značku do levé části stupnice pootočením vnitřního
knoflíku o jednu hodnotu zpět. Po odečtení hmotnosti (a zapsání do pracovního deníku) váhy zaaretujeme,
odstraníme vážený předmět i závaží a oba knoflíky kroužkových závaží pomalu otočíme do nulové polohy. Než
opustíme váhy, přesvědčíme se kontrolou nulové polohy, že všechna závaží byla odstraněna a na misku nebylo
nic usypáno.
Navažování látek provádíme zpravidla na předvážkách. Ve většině případů nemusíme mít odváženo
přesně spočítané nebo zadané množství chemikálie či vzorku – přesně známou hmotnost dokážeme přepočítat na
koncentraci apod. (zpravidla v návodech uvádíme, že „odvážíme přesně asi X g látky“ – tzn., nemusí být přesně
spočítané množství, ale musíme vědět přesně, kolik je odváženo). Do přesně zvážené nádobky (na analytických
vahách) přidáváme na předvážkách pomocí lopatičky vypočítané množství látky s přesnosti na 0,1 g a na
analytických vahách zjistíme přesnou hmotnost. Pouze v případě, že musíme navážit přesně určité množství
látky, musíme použít časově velmi náročný postup navažování přímo na analytických vahách.
Při vysypání navažované látky na misku vah musíme ji ihned po skončení vážení vymést pomocí
vlasového štětečku napřed z misky (misku přitom opatrně přidržujeme) a potom ze skříňky. A opět
zkontrolujeme nulovou polohu.
Desatero pravidel pro vážení:
1. Analytické váhy používáme pouze pro přesná vážení (s přesnosti na 0,1 mg). Maximální zatížení
analytických vah je 200g. V ostatních případech používáme technických vah (předvážek).
2. S výjimkou okamžiku vlastního vážení (odečítání polohy značky na světelné stupnici) musí být váhy stále
zaaretovány.
3. Aretačním knoflíkem a knoflíkem i mezikružím pro zavěšování zlomkových závaží otáčíme pomalu a
s citem. Prudší pohyb může způsobit poškození vah (vyhození vahadla a závěsů misek z aretačního zařízení a
poškození břitů resp. shození či "vystřelení" kroužkových závaží ze zavěšovacího mechanizmu).
4. Dvířka vah otevíráme pouze při vkládání váženého předmětu (závaží) na misky a při jejich odstraňování.
5. Vážené předměty musí mít teplotu místnosti. Horké předměty necháme vychladnout v exsikátoru.
6. Závaží ani vážené předměty nebereme do ruky. Závaží přenášíme výhradně pinzetou, kelímky pomocí
kleští. Váženky lze výjimečně uchopit špičkami prstů za jazýček po dobu nezbytně nutnou.
7. Při diferenčním vážení používáme zásadně stejné váhy a stejná závaží.
8. Odvažované látky se nikdy nedávají přímo na misky, ale použijí se vhodné nádobky (váženky, lodičky,
hodinové sklíčko, kádinka ap.). Misky vah musí být stále čisté (hrozí koroze), usypané látky se ihned po vážení
odstraní štětečkem z misky i ze skříňky.
9. Veškeré závady se ihned nahlásí instruktorovi.
10. Ve váhovně udržujeme čistotu a pořádek. Jakékoliv otřesy nebo nárazy poškozují váhy a ruší při vážení.
Do váhovny se nesmějí přinášet žádné roztoky a těkavé látky.
18
Odměrné nádobí, odměřování objemů
Základní operací v odměrné analýze je odměřování objemů, což je obdoba určování hmotnosti ve
vážkové analýze. K odměřování objemů používáme v analytické chemii kalibrovaného nádobí. Pro přípravu
roztoků o přesné koncentraci používáme odměrné baňky, pro přesné odměřováni objemů pipety a konečně pro
přesné měřeni spotřeby odměrných roztoků při titraci byrety. K méně přesnému nebo přibližnému odměřování
objemů slouží odměrné válce (roztoky pomocných činidel, jako jsou kyseliny či pufry k úpravě prostředí pro
titraci, není nutno přesně odměřovat pipetováním!). Odměrné nádobí je kalibrováno podle způsobu měřeni buď
na dolití, t.j. po doplnění odměrné nádoby (odměrná baňka) po značku je uvnitř nádoby vyznačený objem, nebo
na vylití, tj. vyteklý objem odpovídá přesně vyznačenému objemu. Přitom ulpí vlivem smáčivosti na stěnách
nádoby (pipety, byrety) určité množství kapaliny ve formě tenkého filmu a též ve výtokové špičce (pipety) zbude
malé množství kapaliny a obě tato množství nepatří k odměřenému objemu. Kalibrace na dolití je vyznačena
zkratkou "In“, kalibrace na vylití zkratkou "Ex". Spolu s tímto označením je na nádobí uvedena teplota
odměřovaného roztoku, pro kterou platí tato kalibrace, u novějšího skla zpravidla 20°C. Nádoby kalibrované na
dolití nelze použít k odměření objemu vylitím (na stěnách nádoby zůstane nedefinované množství kapaliny, které
sníží odměřený objem) a naopak. Pro odměrné nádobí obecně platí, že se nesmi zahřívat ani vysoušet
v sušárnách! Zásadně nedržíme odměrné nádobí rukou v místech, kde se nachází odměřovaný roztok, protože se
teplem ruky roztok zahřívá a mění objem. Odměrné nádobí je kalibrováno s přesností, která odpovídá výrobní
normě a třídě přesnosti a zpravidla se pohybuje v řádu desetin procenta deklarovaného objemu. V praxi to
znamená, že pro běžně používané pipety, byrety a odměrné baňky je deklarovaný objem odměřen s přesností
několika setin mililitru (viz tabulka níže).
Odměrné baňky
slouží k přípravě roztoků určité přesné koncentrace (nejčastěji odměrných a standardních roztoků). Jsou
to baňky hruškovitého tvaru s dlouhým úzkým hrdlem. Na hrdle je vyryta po celém obvodě jediná ryska, která
vyznačuje, kam až je nutno baňku doplnit, aby obsahovala jmenovitý objem. Tuhé látky se zásadně
nerozpouštějí přímo v baňce (nesmí se zahřívat!), nýbrž vždy předem v kádince. Přesnou navážku tuhé látky
spláchneme do kádinky, přidáme rozpouštědlo (zpravidla destilovanou vodu) v množství zhruba 2/3 konečného
objemu, mícháme tyčinkou a případně zahříváme. Dokonale rozpuštěnou látku převedeme kvantitativně pomocí
nálevky do čisté a opláchnuté odměrné baňky, přičemž roztok přeléváme po tyčince, která se dotýká vnitřní
stěny nálevky. Kádinku vypláchneme pomoci střičky třikrát (celá vnitřní stěna kádinky musí být opláchnuta), do
odměrné baňky opláchneme i tyčinku a nálevku zevnitř a její stonek po povytaženi z hrdla baňky i zvnějšku.
Koncentrovanější roztoky je nutno během této operace několikrát promísit krouživými pohyby baňky. Má-li
obsah baňky vyšší teplotu než laboratorní, baňku ochladíme pod tekoucí vodou na okolní teplotu (baňku přitom
držíme prsty za hrdlo nad ryskou). Teprve potom můžeme baňku doplnit střičkou několik milimetrů pod značku.
Pro přesné doplněni po značku postavíme baňku na stůl a destilovanou vodu přidáváme po kapkách z menší
pipety, až se spodní okraj menisku právě kryje s ryskou. Nakonec baňku zazátkujeme a roztok dokonale
promícháme několikanásobným obrácením baňky. Někdy zůstane část kapaliny u zátky, a proto již hladina
kapaliny v baňce nedosahuje rysky – v tomto případě ale nikdy hladinu již po rysku dodatečně nedoplňujeme!
Před odběrem roztoku po delším stání, kdy v hrdle kondenzuje voda a roztok proto mění koncentraci, je nutné
provést promíchání.
Pipety
používáme k přesnému odměřováni alikvotních (t.j. úměrných) podílů roztoku vzorku nebo odměrných
činidel. Jsou to skleněné trubice, většinou s válcovitě rozšířenou střední částí, opatřené buď jedinou ryskou (tzv.
nedělené pipety), nebo více ryskami pro odměření jednotlivých dílčích objemů (tzv. dělené pipety). Pipety jsou
kalibrovány na vylití.
Pipety musí být před použitím řádně vyčištěny, odmaštěny a vysušeny. Před pipetováním roztoku pipetu
nejprve vypláchneme daným roztokem nejlépe tím způsobem, že jej nasajeme přibližně do poloviny jejího
objemu, horní konec rychle uzavřeme ukazovákem, pipetu dáme do vodorovné polohy a otáčením kolem její osy
opláchneme celý vnitřní povrch až kousek za značku. Nakonec roztok vypustíme do odpadu. Vypláchnutí pipety
je nutné, obzvláště pokud není suchá, jinak si pipetovaný roztok zředíme! Pipetu držíme mezi palcem a
prostředníkem v místech nad ryskou. Zdravotně nezávadné roztoky můžeme nasávat ústy, jinak použijeme
pístovou násadku na pipety či balónek (pouze však k nasátí kapaliny - při nastavení hladiny po rysku a
vypouštění z pipety odstraníme!). Při nasáváni dbáme na to, aby špička pipety byla dostatečně hluboko ponořena
v roztoku, chceme-li zabránit nežádoucímu prudkému vniknuti roztoku do úst. Odměřovaný roztok zvolna
nasajeme asi 2-3 cm nad rysku a pipetu rychle uzavřeme ukazováčkem (ne palcem!). Ukazováčkem nejcitlivěji
19
regulujeme pomalé odpouštěni roztoku k rysce. Nedaří-li se nám pipetu dobře utěsnit, je nutno špičku
ukazováčku nepatrně navlhčit (naopak příliš vlhká pokožka bráni jemné regulaci). Špičku pipety vyjmeme z
roztoku a opřeme ji o vnitřní stěnu hrdla odměrné baňky (nebo jiné nádobky, ze které pipetujeme). Při
odměřování musí být pipeta vždy ve svislé poloze a značka ve výši oka. Jemným uvolněním prstu odpouštíme
přebytečný roztok, až se dolní okraj menisku přesně kryje s ryskou. Vyjmeme pipetu z hrdla baňky, dáme ji do
vodorovné polohy (tím zrušíme hydrostatický tlak odměřované kapaliny, která se posune ze špičky pipety a
nemůže z ní ukápnout) a zvenku osušíme kouskem filtračního papíru. Roztok z pipety vypouštíme tak, že se
špička svisle postavené pipety dotýká vnitřní stěny nádobky a roztok necháme volně odtékat po stěně nádobky.
Potom je nutno vyčkat ještě 15 sekund (jak předepisuje norma). Po tuto dobu se ztenčuje vrstva roztoku na
stěnách pipety (pozorujeme zvyšování menisku ve špičce pipety) až na trvale ulpívající film. Špičku pipety
otřeme o stěnu nádoby (nebo se dotkneme hladiny odpipetované kapaliny), až se meniskus ve špičce pipety dále
nesnižuje. Tento stav - pevně ulpívající film a zbytek roztoku ve špičce pipety - musí být zachován, abychom
přesně odpipetovali jmenovitý objem. Vyfukování roztoku z pipety je hrubou chybou! Pipety s poškozenou
špičkou jsou znehodnocené a nelze je pro přesnou práci používat. Po skončení práce se pipeta několikrát
vypláchne destilovanou vodou výše popsaným způsobem.
Dělené pipety
mají kalibrační stupnici s počátkem buď v horní, nebo dolní poloze. Pipety s počátkem (nulou) v horní
poloze jsou v současné době vyráběny téměř výhradně. V prvním případě odměříme požadovaný objem tak, že
meniskus nastavíme na počátek stupnice a roztok odpouštíme, až je meniskus několik milimetrů nad zvolenou
značkou, vyčkáme podle normy 7 sekund a teprve potom necháme meniskus klesnout na zvolenou rysku.
V druhém případě nastavíme meniskus na zvolenou rysku a dále postupujeme jako u nedělené pipety (obsah
pipety vypustíme). Čekací doba je ovšem i zde 7 sekund. Pro odměření objemu celé pipety (např. 5 ml u dělené
pipety na 5 ml) je však vhodnější dát přednost pipetě nedělené.
Byrety
jsou skleněné trubice o stejnoměrném průměru, opatřené stupnicí a v dolní části výpustním kohoutem
buď zábrusovým, teflonovým nebo kuličkovým ventilem. Byreta s kuličkovým ventilem je určena pro práci
s alkalickými roztoky, které by mohly způsobit „zapečení“ skleněného zábrusového kohoutu (trvalé slepení
zabroušených ploch skleněného kohoutu vodním sklem, které vznikne působením alkálií na porušený povrch
skla). Kuličkový ventil se otvírá stiskem hadičky v místě kuličky, čímž se vytvoří mezi kuličkou a pryžovou
hadičkou kanálky, kterými může roztok z byrety vytékat. Byrety s teflonovým ventilem je možné používat jak
pro kyselé, tak alkalické roztoky. Byrety jsou kalibrovány na vylití. Nejčastěji používáme byrety na 50 ml
s dělením na 0,1 ml. Při odečítání objemu se snažíme odhadovat druhé desetinné místo (setiny mililitru) z polohy
menisku mezi dvěma sousedními ryskami. Na byretě odečtený objem uvádíme zásadně na dvě desetinná místa.
U byret na 10 ml odečítáme objem na 0,01 ml. Byrety se uchovávají naplněné odmašťovacím roztokem
saponátu. Před použitím se tento roztok vyleje do výlevky, byreta se dvakrát propláchne destilovanou vodou
(naplní se asi do poloviny vodou a podobně jako pipeta se ve vodorovné poloze otáčivým pohybem opláchne
celá vnitřní stěna, část vody se propustí přes kohout, aby se i ten propláchl, a zbytek se vylije). Stejným
způsobem se byreta vypláchne i odměrným roztokem. Takto připravenou byretu upevníme do stojanu v takové
výšce, aby špička byrety zasahovala asi 1 cm do hrdla titrační baňky. Byretu plníme odměrným roztokem
pomocí malé nálevky, kterou též napřed propláchneme stejným roztokem. Odměrný roztok odebíráme ze
zásobních lahví do vyhrazené kádinky a z této plníme byretu. Přitom dbáme na to, aby v byretě (obzvláště mezi
kohoutem a špičkou) nezůstaly uzavřeny vzduchové bubliny. Byretu plníme několik milimetrů nad počátek
stupnice a ihned odstraníme nálevku! Meniskus nastavíme na počátek stupnice až těsně před vlastní titrací,
přičemž odpustíme do podstavné kádinky přebytečné množství odměrného roztoku (tento se dále již nepoužije
ani nevrací do zásobní lahve!). Nikdy nezapomeneme při tom otřít kapku na špičce byrety o vnitřní stěnu
nádobky (v tomto případě podstavné kádinky).
Vlastní titraci provádíme tak, že titrační baňku s titrovaným roztokem, indikátorem a příp. dalšími
látkami (viz příslušný pracovní návod) držíme pravou (šikovnější) rukou za hrdlo a rovnoměrným krouživým
pohybem mícháme obsah baňky, zatímco druhou rukou ovládáme kohout byrety. Roztok činidla z byrety
přidáváme zpočátku rychleji (obzvlášť známe-li přibližnou polohu ekvivalenčního bodu), roztok však nesmí
vystřikovat z baňky. Při tom stále mícháme krouživým pohybem baňky. V místě přítoku odměrného roztoku se
titrovaný roztok barví na konečné zbarvení (lokální přetitrování), mícháním se však toto zbarvení ztrácí. Blízkost
ekvivalenčního bodu se prozradí tím, že toto odbarvování (přesněji změna zbarvení indikátoru za ekvivalencí na
původní zbarvení před ekvivalencí) se děje stále méně ochotně. V závěru titrace přidáváme činidlo po kapkách
(za stálého míchání). V okamžiku, kdy předpokládáme, že jsme se poslední přidanou kapkou již co nejtěsněji
přiblížili bodu ekvivalence, dotkneme se vnitřní stěnou hrdla titrační baňky špičky byrety a stěny baňky
20
opláchneme vodou ze střičky. Přidáme další kapku odměrného roztoku a takto postupujeme do dosažení
předepsaného zbarvení indikátoru. Nakonec vyčkáme po čekací dobu (u byret činí 30 sekund) a odečteme
spotřebu. O tom, že jsme skutečně dosáhli předepsaného zbarvení indikátoru (viz pracovní návod) se
přesvědčíme přidáním další kapky odměrného činidla. Každou titraci opakujeme nejméně třikrát tak, aby se
spotřeby odměrného roztoku u těchto tří titrací nelišily více jak o 0,1 ml. Z jednotlivých spotřeb vypočítáme
průměrnou hodnotu, kterou použijeme pro další výpočty. Časově náročnou první titraci (neznáme-li ani
přibližnou spotřebu) můžeme nahradit orientační titrací s rychlým dávkováním odměrného roztoku do
konečného zbarvení, která nám určí přibližnou polohu ekvivalenčního bodu. V dalších titracích můžeme přidat
rychle až 90% objemu, zjištěného orientační titrací, čímž se titrace podstatně zrychlí.
Baňka se správně ztitrovaným roztokem se může použít jako barevný vzor pro další titrace. Barevné
změny jsou lépe pozorovatelné na bílém pozadí, proto jsou stojany pro byrety opatřeny základní deskou s bílým
povrchem. Po skončení práce se roztok z byrety vylije, byreta se vypláchne vodou a naplní roztokem saponátu až
nad stupnici. Nespotřebovaný odměrný roztok z byrety nikdy nevracíme zpět do zásobní láhve!
Způsob odečítání objemu
Kapaliny, smáčející povrch skla (např. vodné roztoky), vytvářejí meniskus, jehož spodní okraj se při
odměřování objemů musí krýt s kalibrační ryskou odměrného nádobí (u neprůhledných roztoků je nutno použít
horní okraj menisku, pipety a odměrné baňky je však nutno na tento způsob čtení překalibrovat). Při pozorování
menisku je nutno snížit chybu, způsobenou paralaxou, na minimum (paralaxa obecně vzniká při odečítání
výchylky analogového měřicího přístroje, není-li rovina pohybu ukazatele přístroje shodná s rovinou stupnice a
odečítáme-li výchylku ukazatele pod různým úhlem). Spojnice oka a rysky na odměrném nádobí musí svírat s
podélnou osou pipety, byrety nebo hrdla odměrné baňky vždy úhel 90°. Podélná osa proto musí být při odečítání
ve svislé poloze a směr pozorování vodorovný. Při správném odečítání se celoobvodová ryska musí jevit jako
úsečka. Spodní okraj menisku vidíme zřetelněji, podržíme-li za ním list bílého papíru šikmo asi pod úhlem 45°.
Některé byrety nebo dělené pipety jsou při výrobě opatřeny Schellbachovým pruhem (natavený pruh bílého
mléčného skla s úzkým, většinou modrým proužkem). V místě menisku se modrý proužek jeví vlivem lomu
světla jako shora i zdola ostře zahrocený. V doteku obou hrotů se odečítá objem na stupnici. Schellbachův pruh
ale neodstraňuje vliv paralaxy při odečítání, pouze dovoluje přesnější určení polohy menisku!
Úloha č. 2 - Kalibrace pipety
Ve cvičení nejprve sledujte výklad a praktické ukázky správné techniky práce s odměrným nádobím
(odečítání objemu, pipetování, doplnění odměrné baňky, odměřování objemu byretou, kvantitativní převádění,
titrace). Vaším úkolem bude kalibrace nedělené skleněné pipety (10 ml), spočívající ve zvážení odpipetovaného
množství destilované vody o známé teplotě (a hustotě) a přepočtení hmotnosti na objem. Vodu budete pipetovat
do suché očíslované nádobky, předem zvážené na analytických vahách (při pipetování do plastové nádobky je
nutné se dotknout špičkou pipety hladiny kapaliny - nesmáčivý plast neumožní vytečení posledních kapek
z pipety!). Po napipetování vody zvažte nádobku na stejných analytických vahách a vypočtěte objem vody.
Abychom vyloučili vliv náhodné chyby při pipetování (či vážení), proveďte vážení pipetovaného objemu
opakovaně (pipetujte do již zvážené nádobky s vodou, alespoň 6x) a vypočtěte průměrný pipetovaný objem a
absolutní odchylku od deklarovaného objemu. Ovládáte-li základní statistické nástroje k vyhodnocení souboru
dat a získáte-li dostatečný počet dat, můžete aplikovat vyloučení odlehlých výsledků, výpočet odhadu
směrodatné odchylky výběru dat a přepočet na relativní směrodatnou odchylku.
Do protokolu zpracujte vaše data ve formě přehledné tabulky s uvedením všech získaných experimentálních dat
(hmotností, teploty vody atd.), proveďte test odlehlosti výsledků a srovnejte vámi kalibrovaný objem pipety s
deklarovaným obsahem (test pravdivosti výsledků) a jeho udanou přesností a výsledek komentujte.
Tabulka hustoty vody (v g.cm-3
) v závislosti na teplotě:
t ρt t ρt t ρt
17,5 0,998 685 20,0 0,998 203 22,5 0,997 654
18,0 595 20,5 098 23,0 537
15,5 500 21,0 0,997 991 23,5 417
19,0 403 21,5 881 24,0 295
19,5 304 22,0 769 24,5 170
21
Dovolené odchylky objemu komerčních odměrných nádob - příklady
Objem / ml ČSN 70 4106, třída A ČSN 70 4106, třída B
Odměrné baňky, kalibrace na dolití "IN" pro teplotu 20ºC
25 0,015 0,030
100 0,05 0,10
500 0,14 0,28
Byrety, kalibrace na vylití "EX" pro teplotu 20ºC, čekací doba 30s
10, dělení 0,05 0,03 0,05
25, dělení 0,1 0,05 0,10
50, dělení 0,1 0,08 0,10
Dělené pipety, kalibrace na vylití "EX" pro teplotu 20ºC, čekací doba 7s
2, dělení 0,02 0,01 0,02
5, dělení 0,05 0,02 0,04
10, dělení 0,10 0,03 0,06
Nedělené pipety, kalibrace na vylití "EX" pro teplotu 20ºC, čekací doba 15s
5 0,010 0,020
10 0,015 0,030
25 0,025 0,050
Návrh tabulky pro vypracování protokolu
č. měření nádobka s vodou voda teplota hustota voda deklarováno
g g g ºC g.cm-3
ml ml
1 ---
2 ---
3 ---
... ---
... ---
Průměr --- --- --- --- ---
Sm. odch. --- --- --- --- ---
Rel. sm. odch.
%
--- --- --- --- ---
22
Vážková analýza
(Gravimetrie)
Princip:
Zkoumaná látka (analyt) se vyloučí ve formě málo rozpustné sloučeniny (vylučovací forma) a tato se
převede žíháním nebo sušením na sloučeninu přesně definovaného složení, jejíž hmotnost se určí vážením
(forma k vážení). Ze stechiometrického poměru hledané a vážené formy se vypočte obsah stanovované látky.
Gravimetrické metody jsou zdlouhavé a náročné na praktickou zručnost. Jsou to však metody absolutní a
používají se proto pro kontrolu a standardizaci ostatních analytických metod.
Srážení
Účelem srážení je oddělit stanovovanou látku (analyt) z roztoku více složek kvantitativně, v čisté a
dobře filtrovatelné formě. Při srážení se musí vytvořit nejprve zárodečná centra tuhé fáze (nukleace). Z nich se
v průběhu dalšího srážení vytváří krystalická nebo amorfní sraženina, v závislosti na chemických vlastnostech
dané látky a podmínkách srážení. Pro gravimetrické stanovení jsou vhodnější sraženiny krystalické, protože jsou
čistší, lépe se filtrují a promývají. Amorfní sraženiny mají větší povrch částic, vykazují proto větší adsorpci
nečistot a navíc mají tendenci vytvářet koloidní roztoky. Znečištění sraženiny způsobuje i okluze (mechanické
stržení nečistot do rostoucích částeček sraženiny) a inkluze (uzavření matečného roztoku do rostoucích částeček
sraženiny) při příliš rychlém srážení. Někdy je nutno znečištěnou sraženinu čistit přesrážením (sraženinu
rozpustíme a znovu vysrážíme tentokrát z podstatně čistějšího roztoku). Dobře filtrovatelné sraženiny
dosáhneme zpravidla při srážení za vyšší teploty a tím, že srážedlo přidáváme v okamžiku tvorby zárodečných
center velmi pomalu a za neustálého míchání.
Roztok stanovované látky upravujeme podle návodu (ředíme, upravíme iontovou sílu či pH, zahřejeme
ap.) zpravidla v kádince, jejíž velikost volíme tak, aby na konci všech operací byla naplněna max. do 2/3
objemu. Zahřívání provádíme plynovým kahanem na azbestové síťce, přitom je kádinka přikryta hodinovým
sklíčkem a ve výlevce kádinky je šikmo zasunuta skleněná tyčinka, která brání vzniku utajeného varu. Po
dosažení požadované teploty odstavíme kahan, sejmeme hodinové sklíčko (prsty si chráníme před popálením
dvěma kousky podélně rozříznuté pryžové hadice) a opláchneme ho do kádinky. Skleněnou tyčinku
ponecháme v kádince až do ukončení celé operace (do vyprázdnění a vypláchnutí kádinky). Roztok srážedla
(musí být čirý, filtrovaný) přidáváme obvykle z pipety zpočátku po kapkách za účinného míchání skleněnou
tyčinkou. Přitom se tyčinka nesmí otírat o stěny kádinky (žádné "zvonění"), protože v místě otěru vznikají
přednostně zárodečná centra, na kterých vzniká sraženina, pevně ulpívající na stěnách kádinky. Srážíme do
malého přebytku srážedla. O úplnosti srážení se přesvědčíme, když do vyčeřeného roztoku nad sraženinou
přidáme několik kapek srážecího roztoku: roztok se nesmí ani slabě zakalit. Při správném postupu se sraženina
poměrně rychle "sbalí", sedne ke dnu a zanechá nad sebou zcela čirý roztok. Některé typy sraženin je nutno
nechat "zrát" (stáním překrystalizují na větší, lépe filtrovatelné krystalky), jiné se filtrují ihned za horka.
Filtry, filtrační kelímky, filtrace
Oddělení sraženiny od matečního roztoku provádíme filtrací papírovým filtrem, skleněným nebo
porcelánovým kelímkem.
Papírový filtr
Kvantitativní filtrační papíry se vyrábějí v kruhovém tvaru různé velikosti a různé porózity z papíru
s nízkým obsahem popela po spálení. Pro filtraci amorfních vločkovitých sraženin např. Fe(OH)3.xH2O] se
používají řídké filtry, označené černou páskou nebo červeným tiskem na krabičce. Pro nejjemnější sraženiny
(např. BaSO4) se používá hustý filtr, značený modrou páskou nebo dodávaný v modré krabičce. Středně husté
filtry jsou ve žluté krabičce (bílá páska). Potřebný druh filtru je uveden u jednotlivých postupů gravimetrického
stanovení. Kotouček filtračního papíru se nejprve přeloží na půlku, odtrhne se jeden růžek a znovu se přeloží na
čtvrtku. Takto složený filtr se rozevře v kužel tak, že odtržený růžek se nachází vně kužele. Skleněnou filtrační
nálevku držíme v levé ruce ve svislé poloze, přičemž ukazovákem uzavřeme konec stonku, naplníme ji asi do
poloviny kužele destilovanou vodou a opatrně vsuneme rozevřený papírový kužel po stěně nálevky do její
špičky. Papírový kužel přitom držíme vždy za trojitou vrstvu. Dbáme na to, aby pod filtrem nezůstaly vzduchové
bubliny. Horní okraj filtru přitlačíme po celém obvodu k nálevce, aby dobře přilnul a byl vzduchotěsný.
23
Po uvolnění konce stonku voda z filtru odteče. U dobře vloženého filtru však zůstane pod filtrem a ve stonku
souvislý sloupec kapaliny, který umožňuje svým hydrostatickým tlakem rychlejší filtraci. Odtržený rožek filtru
zamezí vzniku vzduchového kanálku na rozhraní trojité a jednoduché vrstvy papíru, který by způsobil odtečení
sloupce kapaliny ze stonku. Papírový filtr musí být aspoň 5 mm pod okrajem nálevky. Připravený filtr upevníme
pomocí kruhu s dřevěnou vložkou na stojan a pod filtr umístíme větší čistou kádinku pro zachycení matečního
roztoku. Stonek nálevky se musí dotýkat špičkou vnitřní stěny kádinky v její horní třetině.
Filtrační kelímky
Skleněné a porcelánové filtrační kelímky jsou kelímky s pórovitým dnem různé hustoty. Nejčastěji
používané skleněné kelímky jsou označeny S3 (velikost pórů 30 m) a S4 (8 m). Používají se při
gravimetrických stanoveních, při kterých se sraženiny před vážením pouze suší při teplotách 100 - 130°C.
Porcelánové filtrační kelímky lze po vysušení i žíhat v ochranné mističce. Filtrace kelímky se provádí za
sníženého tlaku (odsáváním) a je proto rychlejší než filtrace papírovým filtrem. Kelímek se upevní pomocí
pryžového těsnění do válcovité nálevky (tulipánu), která je spojena s odsávací lahví pomocí pryžové zátky.
Odsávací láhev se připojí pomocí pryžové hadice k vodní vývěvě.
Filtrace
Filtraci filtračním papírem provádíme následovně: Sejmeme z kádinky hodinové sklíčko, opláchneme
ho do kádinky destilovanou vodou ze střičky, tyčinku (která byla dosud stále v kádince) držíme šikmo nad
filtrem a její konec přiblížíme k trojité vrstvě papírového filtru. Mateční louh z kádinky opatrně sléváme po
tyčince na filtr. Dbáme na to, aby se sraženina nezvířila, roztok nevystříkl z filtru a abychom tyčinkou
neprotrhli filtrační papír. Filtr nenaplňujeme nikdy výše než 5 mm pod horní okraj papíru. Čirý mateční louh se
filtruje velmi rychle.
Když jsme takto slili mateční louh, promyjeme sraženinu v kádince dekantací, tj. na sraženinu
v kádince nalijeme předepsané množství promývacího roztoku (viz příslušný pracovní návod), sraženinu
necháme usadit a opět filtrujeme pouze roztok nad sraženinou. Dekantace se provádí obvykle třikrát. Při poslední
dekantaci se zvířená sraženina s promývacím roztokem převede po tyčince na filtr (po naplnění filtru sraženinou
probíhá filtrace podstatně pomaleji). Tyčinka a stěny kádinky se opláchnou promývacím roztokem a znovu se
roztok se zbytky sraženiny převede na filtr.
Na tyčince a na stěnách kádinky ulpělé zbytky sraženiny rozpustíme přídavkem minimálního množství
vhodného činidla (podle pracovního návodu), přičemž pomocí tyčinky smočíme celý vnitřní povrch kádinky a
všechny ulpělé zbytky sraženiny kvantitativně rozpustíme. Vzniklý roztok zředíme, provedeme opět srážení a
zbytek sraženiny zfiltrujeme přes filtr s hlavním podílem sraženiny. Je-li sraženina v běžných činidlech
nerozpustná (např. BaSO4), kádinku i tyčinku vytřeme kousky filtračního papíru, které spálíme spolu s filtrem
s hlavním podílem sraženiny. Sraženinu na filtru nakonec ještě zbavíme posledních zbytků matečného louhu
promýváním promývacím roztokem (vyžaduje-li to návod).
Sušení, spalování, žíhání
Promyté, vlhké sraženiny je pro účely vážkové analýzy nutné převést na látky o konstantním a přesně
definovaném složení, tj. na vážitelnou formu. Děje se tak žíháním nebo sušením sraženin. Papírový filtr se
sraženinou se spaluje a sraženina se následně žíhá v glazovaných porcelánových kelímcích. Kelímek se před
použitím musí vyčistit a vyžíhat do konstantní hmotnosti. Taktéž skleněný filtrační kelímek musí být vyčištěný
a vysušený do konstantní hmotnosti. Zásadně musí být dodrženo pravidlo, že prázdné kelímky musí být žíhány
resp. sušeny za stejných podmínek, za jakých budou žíhány resp. sušeny sraženiny.
Papírový filtr povytáhneme z nálevky za volný, min. 5 mm široký okraj na straně trojité vrstvy (nejlépe
nehtem palce), necháme odtéct roztok ze stonku a odkapat poslední kapky z filtru. Potom opatrně složíme filtr na
čtvrtku (jednoduchou vrstvou papíru směrem k sobě), přehneme oba rožky a nakonec ještě otevřenou stranu:
vznikne pětiúhelník. Tento vložíme do zváženého porcelánového kelímku špičkou napřed a mírně jej
přimáčkneme ke dnu kelímku. Kelímek s filtrem usadíme na triangl (trojúhelník z keramických trubiček,
spojených drátem), položený na železném kruhu, který je upevněn na stojanu s trojnožkou v takové výši nad
plamenem plynového kahanu, aby se filtr zvolna vysoušel (asi 10 cm nad špičkou plynového plamene). Během
sušení nesmí dojít k varu (prskání, praskání a vystřikování) zbytku roztoku ve filtru. Sušení lze též provést
v sušárně nebo stáním přes noc v kelímku, zakrytém kouskem filtračního papíru.
Po sušení následuje fáze spalování papíru. Kelímek uložíme na trianglu šikmo a zahříváme mírným
plamenem dno kelímku. Unikající dýmy a páry se nesmějí vznítit, při hoření se do plamene strhávají částice
sraženiny a vznikají ztráty. Při spalování proto máme v ruce připraveno hodinové sklíčko, kterým kelímek
24
v okamžiku vzplanutí ihned přiklopíme do zahašení plamene. Spalování provádíme zvolna za nízké teploty a za
dokonalého přístupu vzduchu (nakloněná poloha kelímku), jinak vzniká obtížně spalitelný grafitový uhlík.
Během spalování se kelímek občas pootočí pomocí kelímkových kleští, jejichž špičky se v plameni krátce
předehřejí (rozpálený kelímek by při doteku studenými kleštěmi popraskal). Kleště odkládáme na pracovní stůl
vždy špičkami nahoru, aby se zabránilo jejich znečištění. Přestanou-li unikat dýmy, uložíme kelímek na
trianglu do svislé polohy a začneme kelímek ohřívat na maximálně dosažitelnou teplotu. Přívod vzduchu do
plynového kahanu zvětšíme tak, aby se plamen při průvanu ještě nezhášel. Dno kelímku by mělo být asi 2 cm
nad modrým studeným kuželem plamene. Od tohoto okamžiku počítáme dobu žíhání, požadovanou návodem.
Při žíhání dbáme na to, aby se případný černý nálet uhlíku na vnitřních stěnách kelímku beze zbytku spálil.
Pootáčíme kelímek kleštěmi (nahřát špičky!), aby se stěny kelímku s vyloučeným uhlíkem ohřívaly v mezerách
trianglu.
Po uplynutí předepsané doby žíhání odstavíme plamen, vyčkáme, až ustane červený žár kelímku a
nahřátými kleštěmi vložíme kelímek do exsikátoru. Exsikátor nesmíme uzavřít víkem zcela, ponecháme úzkou
mezeru, kterou se může vyrovnat přetlak ohřátého vzduchu s vnějším tlakem. U exsikátorů s kohoutem stačí
otevřít kohout. Po cca 1 min. můžeme exsikátor uzavřít úplně. Vychlazení kelímku na teplotu místností trvá asi
30min. K vážení se kelímky přenášejí v uzavřeném exsikátoru, který se smí otevřít jen na dobu nezbytně nutnou
k vyjmutí kelímku (náplň exsikátoru, sloužící k vysušení prostoru exsikátoru, při jeho dlouhodobém otevření
zvlhne a ztrácí účinnost). Při přenášení se exsikátor uchopí oběma rukama za přírubu a palce přidržují víko. Víko
se nesmí pokládat na stůl zabroušenou plochou, která je namazána těsnícím tukem.
Úloha č. 3 - Stanovení železa v pigmentu jako Fe2O3
Princip:
Barevný přírodní pigment na bázi oxidů železa je směsí různě hydratovaných oxidů, hydroxidů a
případně uhličitanů železitých. Pro stanovení obsahu železa v něm gravimetricky je třeba nejprve vzorek
rozpustit v kyselině. Z kyselého roztoku Fe3+
se amoniakem sráží Fe(OH)3 který se vyžíhá na vážitelnou formu
Fe2O3. Vaším úkolem je stanovit, kolik procent železa je obsaženo v železitém pigmentu.
Fe3+
+ 3 OH→
Fe(OH)3
2Fe(OH)3 → Fe2O3 +3H2O
M(Fe) = 55,847 g.mol-1
, M(Fe2O3) = 159,692 g.mol-1
Pracovní postup:
Před vlastní analýzou připravíme porcelánový kelímek. Vybereme si čistý a neporušený kelímek, který
je na neglazovaném dně popsán grafitovou tužkou, a jeho označení si zapíšeme. Kelímek umístíme do trianglu a
nejprve mírným plamenem vyhřejeme, aby neprasknul. Po dostatečném zahřátí postavíme kahan pod kelímek na
plný výkon a žíháme po dobu 1 hodiny. Během této doby provádíme srážení a filtraci. Po žíhání odstavíme
kahan, kelímek necháme několik minut chladnout a poté jej přeneseme nahřátými kleštěmi do exsikátoru (návod
popsán výše).
Na analytických vahách odvážíme přesně asi 0,2 g vzorku železitého pigmentu do suché kádinky
objemu 100 ml. Vzorek v kádince rozpustíme v 1 ml koncentrované HCl v digestoři za mírného zahřívání na
elektrickém vařiči (kádinku zakryjeme hodinovým sklem). Po rozpuštění spláchneme hodinové sklo a stěny
kádinky střičkou ještě v digestoři, převedeme obsah kvantitativně do kádinky objemu 250 ml, zředíme na cca
150 ml destilovanou vodou, přidáme 10 ml 10% NH4NO3 a zahříváme téměř k varu. Případnou hydrolýzu soli
Fe3+
(projevuje se oranžovým až červenohnědým zbarvením roztoku, přecházejícím na červenohnědou
sraženinu) potlačíme přídavkem malého množství 2M HC1. Před vlastním srážením musí být roztok žlutý a čirý.
Při prvních náznacích varu přerušíme zahřívání a srážíme 2M NH3. Zpočátku můžeme přidávat větší
dávky srážedla až do okamžiku, kdy se roztok začne barvit do oranžova. Dále už přidáváme srážecí roztok jen
po kapkách za intenzivního míchání, dokud se obsah kádinky zřetelně nezakalí. Tato fáze srážení rozhoduje
o kvalitě sraženiny. Další přídavky 2M NH3 můžeme zrychlit. Srážení ukončíme, je-li amoniak z roztoku
zřetelně cítit. Při správném postupu se sraženina Fe(OH)3 rychle sbalí, tj. usadí se ke dnu ve formě jemných
vloček a zanechá nad sebou bezbarvý čirý roztok.
25
Ještě za horka se čirý roztok filtruje přes řídký filtrační papír (červená krabička), sraženina se 3x
dekantuje horkým 1% NH4NO3 a po převedení na filtr se promývá stejným roztokem. Na stěnách kádinky a
tyčinky pevně ulpívající sraženina se kouskem kvantitativního filtračního papíru důkladně setře a tento kousek
papíru se přidá k hlavnímu podílu sraženiny na filtru po odkapání posledních kapek promývacího roztoku. Poté
filtr se sraženinou složíme, vložíme do vyžíhaného a zváženého kelímku, necháme schnout na vyhrazeném místě
do příštího cvičení, kdy jej spálíme a vyžíháme do konstantní hmotnosti (1 hod.). Vážíme červenohnědý až černý
Fe2O3. Z jeho hmotnosti a hmotnosti původního vzorku pigmentu vypočteme hmotnostní zlomek Fe ve vzorku
(v %).
26
Odměrná analýza
(titrace, volumetrie)
Princip
Podstatou odměrné analýzy je chemická reakce (acidobazická, redoxní, srážecí nebo komplexotvorná),
která proběhne mezi stanovovanou látkou a činidlem kvantitativně, dostatečně rychle a jednoznačně podle
známé stechiometrie. Činidlo přidáváme ve formě roztoku o známé látkové koncentraci postupně po dávkách
až do dosažení ekvivalenčního bodu, tj. do okamžiku, kdy k hledanému látkovému množství stanovované látky
přidáme přesně ekvivalentní množství činidla. Bod ekvivalence musí být přitom zřetelně zjistitelný, např.
barevnou změnou indikátoru (vizuální indikace) nebo dosažením určité hodnoty fyzikálně chemické veličiny
indikujícího systému (např. absorbance, potenciálu ap.). Z naměřeného objemu roztoku činidla v bodu
ekvivalence a jeho koncentrace vypočítáme látkové množství činidla, ze kterého s pomocí známých
stechiometrických koeficientů vypočítáme hledané látkové množství stanovované složky.
Roztoky odměrných činidel přesné koncentrace nelze ve většině případů připravit navažováním nebo
zřeďováním z obchodních preparátů, protože tyto výchozí látky nejsou obvykle dostatečně čisté nebo stálé. Proto
se z nich připravují roztoky přibližné koncentrace, jejichž přesnou koncentraci stanovíme titrací na vhodný
primární standard (tuhé látky stálého a přesně definovaného složení, čistota min. 99,9%, např. H2C2O4.2H2O,
Na2CO3, PbCl2 aj.). Stanovení přesné koncentrace odměrného roztoku nazýváme standardizací. Přitom lze
postupovat dvěma způsoby:
a) připravíme větší objem roztoku primárního standardu o určité, přesně známé koncentraci, z kterého odebíráme
pro titraci vhodné alikvotní podíly (pipetou)
b) pro každou titraci zvlášť navažujeme odpovídající množství primárního standardu (pracnější ale přesnější a
spolehlivější postup).
Standardizaci provádíme pokud možno za stejných podmínek, za jakých budeme provádět vlastní
stanovení (volíme tedy i stejný indikátor), minimalizuje se tím titrační chyba (postřehnutí změny zbarvení
indikátoru vyžaduje jisté množství odměrného činidla, přidaného navíc ke směsi ztitrované přesně do
ekvivalenčního bodu).
Při vlastním stanovení jsme někdy nuceni postupovat tak, že stanovovanou látku přidáváme k nadbytku
titračního činidla (např. při pomalé nebo neúplné reakci, při titraci těkavé látky apod.) a přebytek činidla zpětně
titrujeme jiným vhodným činidlem. Takovéto titrace se nazývají zpětné titrace.
Titraci každého vzorku provádíme opakovaně, zpravidla alespoň 3x tak, aby se zjištěné spotřeby od
sebe významně nelišily (rozdíly mezi jednotlivými titracemi v rámci 0,1 ml). Pro výpočty bereme průměrnou
hodnotu z těchto (minimálně) tří titrací.
Úloha č. 4 - Jodometrická titrace - stanovení vitamínu C
v ovoci, vitamínovém preparátu
Princip:
Jodometrické titrace patří mezi titrace oxidimetrické, kdy využíváme redoxních reakcí mezi
elementárním jodem (resp. trijodidovým iontem I3
)
jako oxidovadlem a redukující látkou (analytem).
Elementární jod je ve vodě velmi málo rozpustný, využíváme jeho lepší rozpustnosti v přebytku jodidu, kdy
vzniká trijodidový anion I3
.
Jodem můžeme oxidovat například ionty cínaté, arsenitany, sulfidy, siřičitany,
thiosírany a další. Z organických látek lze stanovit například kyselinu askorbovou (vitamín C) nebo
formaldehyd. Mezi jodometrická stanovení patří i stanovení oxidovadel (peroxid vodíku, dichroman, bromičnan,
chlornan, aj.), založené na oxidaci jodidu na jod a jeho následné titraci roztokem thiosíranu sodného. Většina
stanovení probíhá v kyselém prostředí (v alkalickém prostředí elementární jod disproporcionuje).
Pro indikaci bodu ekvivalence lze využít vlastního zbarvení trijodidového iontu, který je ve zředěných
roztocích žlutě zbarven. Mnohem citlivější je však použití škrobu, který s jodem poskytuje intenzivně modře
27
zbarvený komplex. V případě titrací thiosíranem (stanovení oxidovadel) se nejprve titruje roztokem thiosíranu
do slabě žlutého zbarvení. Teprve poté se přidá roztok škrobu a dotitruje se do vymizení modrého zbarvení.
Vzhledem k těkavosti jodu nejsou jeho roztoky příliš stálé a je třeba je standardizovat. K tomu lze
použít například oxid arsenitý po rozpuštění ve slabě alkalickém roztoku (NaHCO3). Často se také roztok jodu
standardizuje na roztok thiosíranu, standardizovaný na vhodné oxidovadlo (dichroman draselný, bromičnan
draselný aj.). Lze také využít reakce jodičnanu s jodidem v kyselém prostředí. Jodičnan draselný je standardní
látkou a po přesném navážení lze jeho reakcí s nadbytkem jodidu v kyselém prostředí připravit ekvivalentní
množství jodu.
Kyselina askorbová (vitamín C) se oxiduje v kyselém prostředí jodem na kyselinu dehydroaskorbovou:
C6H8O6 + I2  C6H6O6 + 2I+
2H+
Titrovat lze roztokem jodu na indikátor škrobový maz. Abychom se vyhnuli nutnosti standardizace odměrného
roztoku jodu, využijeme k jeho přípravě standardní látku - jodičnan draselný. Jeho reakcí s jodidem v kyselém
prostředí vznikne jod, který reaguje s kyselinou askorbovou. Poněkud netradičně budeme titrovat přímo
roztokem jodičnanu a jodid a kyselé prostředí ve vzorku nám zajistí vznik jodu přímo v titrované směsi, kde
bude ihned reagovat s kyselinou askorbovou. První nadbytečná kapka jodičnanu způsobí vznik nadbytečného
jodu, který poskytne s přítomným škrobem modré zbarvení (modré zbarvení bude pouze v bezbarvém roztoku,
pozor na různá další barviva v preparátu).
IO3
+
5 I+
6 H+
 3 I2 + 3 H2O
Příprava odměrného roztoku jodičnanu 0,001 mol.l-1
M[KIO3] = 214,00 g.mol-1
Na analytických vahách odvážíme přesně asi 0,50 – 0,55 g jodičnanu draselného, spláchneme kvantitativně do
kádinky a rozpustíme ve vodě. Po kvantitativním převedení do odměrné baňky objemu 100 ml doplníme vodou
po rysku a promícháme. Z připraveného roztoku pipetujeme 10 ml do odměrné baňky na 250 ml, doplníme
vodou po rysku a promícháme. Z navážky, objemu roztoku a ředění vypočteme přesnou koncentraci odměrného
roztoku, kterou použijeme při výpočtu obsahu vitamínu C ve vzorcích.
Stanovení vitamínu C ve vitamínovém preparátu
M[C6H8O6] = 176,13 g.mol-1
Provedení:
Tabletku vitamínového přípravku necháme rozpadnout v menším množství vody a poté převedeme do
odměrné baňky a doplníme na 100 ml vodou. Po promíchání necháme hlavní podíl plniv tablety usadit a poté
pipetujeme do titrační baňky 10 ml roztoku. Zředíme asi na 50 ml, přidáme 10 ml roztoku jodidu draselného
(10%), 10 ml 2M HCl a 5 ml roztoku škrobu. Titrujeme roztokem jodičnanu draselného až do okamžiku vzniku
modrého zbarvení. Ze spotřeby vypočítáme množství kyseliny askorbové a odhad směrodatné odchylky (v mg) v
jedné tabletce preparátu a srovnáme s deklarovaným obsahem.
Stanovení vitamínu C v ovoci
Vzorek ovoce je nejprve nutno připravit pro analýzu. Zde se spokojíme s přípravou ovocné šťávy a
stanovení vitamínu C v ní. Pro stanovení jsou vhodné citrusové plody s vysokým podílem šťávy, případně jiné
ovoce, ze kterého lze získat dostatečný objem šťávy, nutný k analýze (alespoň 50 ml). Obsah vitamínu C
v pevných částech dužiny lze zanedbat a stanovení vitamínu ve slupkách nemá význam, protože se běžně
28
nekonzumují. Jodometrické stanovení není specifické, reagují (titrují se) i další látky, oxidovatelné jodem. Jejich
obsah v ovoci je však zanedbatelný a do výsledku vnáší jen malou (akceptovatelnou) chybu.
Provedení:
Ovoce rozřízneme nerezovým nožem a pomocí lisu na citrusy do kádinky vymačkáme dostatečné
množství vzorku. V některých případech bude nutné použít více kusů ovoce (například citron 2ks). Šťávu
v kádince v tom případě promísíme (homogenizujeme) a dále zbavíme větších kousků dužiny (například filtrací
přes jemné sítko). Přítomný kal odstraníme odstředěním v centrifuze. Naplníme dostatečný počet zkumavek
vzorkem (pozor, zkumavky plnit maximálně do 2/3 objemu a v centrifuze umístit naproti sobě vždy zkumavky
se stejným objemem!) a po odstředění slijeme čirý vzorek zpět do čisté kádinky.
Ze vzorku pipetujeme 10 nebo 20 ml (podle získaného objemu šťávy tak, abychom mohli provést
alespoň 3 opakované titrace - objem si však poznamenáme!), v titrační baňce zředíme asi na 50 ml a dále
postupujeme stejně jako v případě vitamínového preparátu. Pozor na vlastní zbarvení ovocné šťávy při určování
bodu ekvivalence! Ze spotřeby a pipetovaného objemu vzorku vypočteme obsah vitamínu C a odhad směrodatné
odchylky a vyjádříme je v mg / 100 ml šťávy (tj. asi 100 g konzumního podílu ovoce).
Úloha č. 5 - Chelatometrická titrace - stanovení Ca a Mg
ve vodách a vápenatých schránkách živočichů
Princip:
Chelatometrické titrace jsou zvláštní případ komplexometrických titrací, kdy reagují ionty kovů
s činidlem za vzniku chelátů. Stanovovaný kation kovu reaguje s činidlem za vzniku málo disociovaného, ve
vodě rozpustného komplexu, vždy v molárním poměru 1 : 1. Činidlem je nejčastěji kyselina
ethylendiamintetraoctová H4Y, ve zkratce EDTA, používaná ve formě disodné soli Na2H2Y s obchodním
názvem Chelaton 3, (HOOC-CH2)2N-CH2-CH2-N(CH2COONa)2.
Ca2+
+ H2Y → [CaY]2+
2 H+
Fe3+
+ H2Y → [FeY]+
2 H+
Při reakci se uvolňují protony, takže průběh reakce je ovlivněn hodnotou pH. Chelatometrické reakce se
proto provádějí v přítomnosti tlumiče takové hodnoty pH, která spadá do oblasti optimální stability daného
komplexu. Komplexy dvojmocných kationtů jsou stálé v alkalickém a slabě kyselém prostředí, komplexy
výšemocných kovů jsou stálé i v kyselých roztocích (jednomocné kationty tvoří naopak jen velmi slabé
komplexy a nelze je tudíž titrovat). Vhodnou volbou podmínek při titraci (pH, indikátor) lze stanovit i dva
kationty vedle sebe nebo jeden kation v přítomnosti jiného.
Vizuální indikace bodu ekvivalence se provádí pomocí tzv. metalochromních indikátorů, které tvoří
s kovovým kationtem slabý barevný komplex [MInd]. Ke konci titrace (v okamžiku, kdy je už veškerý volný
kovový kation vázán do komplexu s EDTA) se začíná barevný indikátor uvolňovat z komplexu [MInd], ze
kterého je vytěsňován chelatonem H2Y2(vzniká
stabilnější komplex [MY]z-4
). Volná forma metalochromního
indikátoru [HInd] (slabá kyselina) musí mít zřetelně odlišné zbarvení od svého komplexu [MInd]. Roztoky
metalochromních indikátorů jsou obvykle nestálé, proto se indikátory přidávají v pevném stavu. Barevný
přechod indikátoru v bodě ekvivalence je tím ostřejší, čím méně ho přidáme. Abychom mohli indikátor jemněji
dávkovat, ředí se stonásobně přebytkem indiferentní soli NaCl nebo KNO3.
Chelatometrické titrace se provádějí ve větších objemech titrovaného roztoku (100-150 ml) v titračních
baňkách na 250 ml. Při tomto zředění nehrozí, že by vznikaly kineticky stabilnější komplexy indikátoru se
stanovovaným kationtem, které způsobují neostrý barevný přechod v bodě ekvivalence. Chelaton 3 není
standardní látka a jeho roztoky je nutno standardizovat, například na dusičnan olovnatý.
Standardizace 0,05 M chelatonu 3 na dusičnan olovnatý
M[Pb(NO3)2] = 331,20 g.mol-1
Navážku Pb(NO3)2, potřebnou k přípravě 100 ml 0,05 mol.l-1
roztoku, rozpustíme ve vodě, předem okyselené 2 -
3 kapkami 2 mol.l-1
HNO3 [zabrání hydrolýze Pb2+
, která znemožňuje úplné rozpuštění Pb(NO3)2]. Roztok
29
převedeme do odměrné baňky a doplníme po značku. Do titrační baňky pipetujeme 20 ml, zředíme vodou na 100
- 150 ml, přidáme 5 ml 10%ního roztoku urotropinu (nebo 0,5 g pevné látky) a indikátor xylenolovou oranž do
slabě fialového zbarvení. Titrujeme 0,05M Na2H2Y do citrónově žlutého zbarvení. Vypočítáme přesnou látkovou
koncentraci 0,05M Na2H2Y.
Analýza vzorku vody - stanovení vápníku a hořčíku vedle sebe
M(Ca) = 40,08 g.mol-1
, M(Mg) = 24,31 g.mol-1
V silně alkalickém prostředí se hořčík vysráží jako Mg(OH)2 a vápník titrujeme selektivně na indikátor
murexid. V druhém alikvotním podílu vzorku titrujeme v amoniakálním tlumiči sumu Ca + Mg na
eriochromčerň T. Z rozdílu spotřeb na oba indikátory zjistíme spotřebu na Mg. Součet koncentrací Ca a Mg
v mmol.l-1
vyjadřuje celkovou tvrdost vody.
Titrace Ca
Ze vzorku vody do titrační baňky pipetujeme 25 ml, zředíme vodou na 100 - 150 ml, přidáme 5 ml 2M KOH a
murexid do slabě růžového zbarvení. Titrujeme do modrofialového zbarvení. Ze spotřeby 0,05M Na2H2Y
vypočítáme hmotnostní koncentraci Ca v mg.l-1
a v mmol.l-1
.
Titrace Ca + Mg
Opět pipetujeme 25 ml vzorku, zředíme na 100 - 150 ml, přidáme 5 ml amoniakálního tlumiče a eriochromčerň
T do slabě fialově červeného zbarvení. Titrujeme do jasně modré barvy. Z rozdílu spotřeb titrace sumy Ca + Mg
a titrace Ca vypočítáme hmotnostní koncentraci Mg v mg.l-1
a také v mmol.l-1
a v protokolu uvedeme také
celkovou tvrdost vody v mmol.l-1
.
Analýza vzorku vápenatých schránek - stanovení vápníku
Princip stanovení obsahu Ca ve vápenatých schránkách živočichů (skořápky vajec ptáků, ulity plžů,
mlžů aj.) je stejný jako stanovení ve vodě. Pevný vzorek je ale nejprve nutno připravit k analýze. Skořápky byly
nejprve zbaveny měkkých organických zbytků vypráním v tenzidu a roztoku chlornanu. Po vysušení byly
rozemlety v kulovém mlýnu a homogenizovány. Vaším úkolem je odvážený vzorek rozložit v kyselině a dále
zpracovat výše uvedeným způsobem. Pro rozklad (mineralizaci) vzorků biologických materiálů se využívají
různé postupy. Rozklad kyselinou dusičnou za zvýšené teploty je jednou z možností. Nezajišťuje úplné
odstranění organických látek ze vzorku, což však v případě stanovení Ca není na závadu (zbývající organické
látky vytvářejí žlutě zbarvené sloučeniny, patrné v mineralizátu vzorku). Pro kompletní mineralizaci je třeba
použít například spalování vzorku v muflové peci při teplotě asi 450 - 500C nebo oxidace kyselinou dusičnou
za tlaku při teplotě až 300C.
Provedení:
Vzorek (0,2 - 0,3 g) navážíme přímo do suché 100 ml kádinky a přidáme 4 ml koncentrované HNO3.
Přidávání kyseliny, zahřívání a ředění provádíme v digestoři a oči si chráníme brýlemi! Kádinku zakryjeme
hodinovým sklem a po skončení bouřlivé reakce umístíme na elektrický vařič a mírně zahříváme, až se začne
směs jemně vařit. Po vyčeření směsi odstavíme z vařiče a kádinku necháme zchladnout! Po zchladnutí
opláchneme hodinové sklo do kádinky, střičkou spláchneme stěny kádinky a obsah kvantitativně převedeme do
odměrné baňky objemu 100 ml. Po vychlazení obsahu baňky doplníme po rysku a promícháme.
Z baňky pipetujeme ke stanovení Ca 20 ml a dále postupujeme jako při stanovení Ca ve vodách
(přídavek roztoku KOH zvýšíme na 10 ml, abychom neutralizovali nadbytečnou kyselinu z mineralizace).
Ze spotřeby odměrného roztoku chelatonu 3 a navážky vzorku vypočteme procentuální obsah Ca ve vzorku a
odhad směrodatné odchylky a také přepočteme na obsah CaCO3 v %.
30
Úloha č. 6 – Kvalitativní analýza – Tenkovrstvá
chromatografie (TLC)
Princip:
Chromatografie umožňuje účinnou separaci látek, která je nutná pro spolehlivou identifikaci a
kvantifikaci jednotlivých složek sledované látky. Různé látky se liší svými adsorpčními vlastnostmi,
rozdělovacími koeficienty, svými rozměry, náboji atd., což se využívá v chromatografii k jejich rozdělení na
vhodném chromatografickém zařízení.
K rozdělení látek dochází na základě jejich různé pohyblivosti v systému dvou fází – stacionární
(zakotvené) a mobilní (pohyblivé). Stacionární fází může být pevná látka (papír, SiO2, Al2O3) ale i kapalná fáze
zakotvená na pevném nosiči, mobilní fází pak bývá kapalina nebo plyn. Podle způsobu uspořádání
chromatografického zařízení dělíme chromatografii na plošnou a sloupcovou, z hlediska určujícího mechanismu
dělení látky mezi stacionární a mobilní fázi pak chromatografii adsorpční, rozdělovací, iontově výměnnou atd.
Papírová chromatografie byla po dlouhou dobu v praxi nejpoužívanější metodou plošné chromatografie.
Její největší výhodou je ekonomicky nenáročné chromatografické médium, využitelné pro separaci širokého
množství látek od anorganických iontů až k složitým biomolekulám. Základním separačním mechanismem je v
případě papírové chromatografie rozdělovací rovnováha mezi vodou či jiným rozpouštědlem zakotveným v
papíru a použitou mobilní fází. U látek s velkým počtem polárních skupin se často uplatňuje jejich silná
interakce přímo s celulózou, v takových případech převládá adsorpční mechanismus dělení. Důležitou
charakteristikou použitého chromatografického papíru (často se jedná o speciální papír, ne např. obyčejný
filtrační papír) je průtoková rychlost mobilní fáze – podle ní rozlišujeme chromatografické papíry s rychlým,
standardním a pomalým průtokem. Rychlost průtoku významně ovlivňuje dobu separace a samozřejmě i její
účinnost.
Tenkovrstvá chromatografie (TLC, Thin Layer Chromatography) je případem plošné chromatografie s
převládajícím adsorpčním mechanismem dělení analyzované směsi látek. Provádí na tenké vrstvě sorbentu
(celulóza, silikagel, alumina), který je nanesen na vhodné podložce (sklo, kovová fólie, plast). Vzorek se nanáší
na začátek vrstvy (start) společně se standardy obdobně jako v případě papírové chromatografie. Po zaschnutí
nanesených vzorků se vrstva vloží do vyvíjecí komory s vhodnou směsí rozpouštědel (mobilní fáze) tak, aby
startovní linie byla nad hladinou, a komora se uzavře. Dodržují se obdobná pravidla jako u papírové
chromatografie, vyvíjení chromatogramu probíhá tak dlouho, dokud se čelo vzlínající směsi rozpouštědel
nepřiblíží k okraji desky (cca 1 – 2 cm). Poté se chromatogram vyjme, vysuší a vhodným způsobem detekce se
určí jednotlivé skvrny. K detekci se používají stejné postupy jako v papírové chromatografii, často se používají
vrstvy upravené fluorescenční látkou (fluoreskující při osvětlení UV zářením). Stanovované látky velmi často
tuto fluorescenci zhášejí, takže se pod UV lampou objevují na chromatogramu v podobě tmavých skvrn.
Využívají se i další způsoby detekce, založené na postřiku chromatogramu vhodným činidlem, které se
stanovovanou látkou vytváří barevnou sloučeninu.
Papírovou a tenkovrstvou chromatografií lze stanovovat širokou škálu organických i anorganických
látek při vysoké citlivosti a nízké ekonomické náročnosti. Metoda je časově velmi nenáročná, takže je velmi
rozšířená v průmyslu v oblasti mezioperační kontroly. Vzhledem ke své univerzálnosti je vhodná i pro první
orientaci ve složení neznámého vzorku v oblasti sledování znečištění životního prostředí, medicíně i chemickém
výzkumu.
V tenkovrstvé chromatografii (TLC) se stacionární fáze nanáší na destičky ze skla, hliníku či plastu,
stacionární fáze musí proto dobře ulpívat na zvoleném podkladu a být ve formě jemných částic jednotné
velikosti (mezi 1 – 5 μm). Mobilní fází je směs organických rozpouštědel, někdy ve směsi s vodnou fází.
Nejčastěji se používá ethanol, aceton, chloroform, benzen a hexan.
Na TLC destičku je nanesen vzorek a destička je umístěna do vyvíjecí komory nasycené parami mobilní
fáze tak, aby její spodní část zasahovala minimálně cca 0,5 cm do mobilní fáze. Linie startu a nadávkovaným
vzorkem je umístěna nad hladinou mobilní fáze. Dochází ke vzlínání mobilní fáze vzhůru stacionární fází po
povrchu destičky. Mobilní fáze rozpouští složky vzorku a unáší je vzhůru po povrchu destičky. Jelikož jednotlivé
složky vzorku interagují se stacionární fází různě (tzn., jsou různě intenzivně brzděny oproti čelu mobilní fáze),
dochází k jejich vzájemnému rozdělení. Separace probíhá, dokud čelo mobilní fáze nedosáhne cca 1 – 2 cm pod
vrchní detekční okraj destičky (vyznačíme tzv. čelo).
31
Detekce rozdělených složek vzorku může probíhat několika způsoby:
• barevné sloučeniny lze sledovat vizuálně
• bezbarvé sloučeniny – osvětlení UV zářením (některé sloučeniny po vystavení destičky UV záření
fluoreskují), pokud vzorek obsahuje látky, které nefluoreskují, jsou tyto často po separaci a expozici destičky
UV záření viditelné jako tmavá skvrna na fluoreskující ploše (ta vznikne tak, že se do stacionární fáze přimíchají
navíc fluoreskující látky (např. křemičitan zinečnatý) a tomuto jevu se říká zhášení fluorescence nebo se detekují
použitím specifických činidel (destička se postříká specifickým činidlem, které s analytem vytvoří barevnou
sloučeninu (např. ninhydrin pro aminokyseliny, acidobazické indikátory pro kyselé a zásadité sloučeniny,
bromfluorescein pro nenasycené sloučeniny).
V TLC se nejčastěji využívá těchto dvou separačních principů – adsorpce (separované látky jsou
poutány na povrch sorbentu) a rozdělovací rovnováhy (separované látky se rozdělují mezi dvě vzájemně
nemísitelné kapaliny, tj. stacionární fáze je kapalina zakotvená na vhodném nosiči). Migrační chování
jednotlivých separovaných látek vyjadřuje získaný chromatogram, kde pro každou separovanou látku můžeme
definovat hodnotu retenčního (retardačního) faktoru:
a
b
RF 
kde: a je vzdálenost mezi čelem mobilní fáze (tj. linií, kam až dostoupila mobilní fáze během separace) a linií
startu,
b je vzdálenost středu skvrny separované látky od linie startu.
Retardační faktory pro určitý separační systém (určitá stacionární fáze na TLC desce a mobilní fáze) se určují na
základě vyhodnocení skvrn standardů (chemicky čisté látky). Metoda patří mezi metody kapalinové
chromatografie.
Obr 18.1: Příklad TLC destičky s rozděleným rostlinným vzorkem .
Obecná charakteristika stanovovaných látek
První zmínky o používání rostlinných barviv pocházejí ze starověké Číny a Indie. Výhradně přírodní barviva
byla používána k barvení do poloviny 18. století, do doby, než chemický průmysl začal produkovat syntetické
náhražky těchto barviv. V poslední době zájem o přírodní barviva opět stoupá vlivem zdravotních a
environmentálních problémů souvisejících s používáním barviv syntetických.
Rostlinná barviva jsou organické látky různého složení mající pro rostliny životní význam. Rozdělujeme je na
barviva rozpustná v tucích (lipochromy) a ve vodě (hydrochromy). K lipochromům patří zelené chlorofyly, žluté
xantofyly a červené karoteny. Chlorofyly mají význam pro fotosyntézu, naproti tomu xantofyly a karoteny
způsobují žluté, oranžové a červené zbarvení listů, květů a plodů. Mezi hydrochromy patří především
anthokyany, které způsobují modré, červené, fialové až černé zbarvení zejména květů a plodů.
Výsledkem separace listových lipochromů (chlorofyl a, chlorofyl b, karotenoidy) s využitím plošné
chromatografie je chromatogram s rozdělenými barvivy, kde mají jednotlivá listová barviva charakteristické
zbarvení: chlorofyl a – zelené, chlorofyl b – modrozelené, xanthofyly – žluté, karotenoidy – oranžové, feofytin –
šedé.
32
Pracovní postup
Příprava vzorků obsahujících rostlinná barviva k chromatografické separaci
a) Listy zelených rostlin (např. muškátu)
 Rozstříhat na menší kousky a rozetřít v třecí misce s malým množstvím propraného křemičitanového
písku (příp. písku mořského) a s uhličitanem vápenatým (na špetku nože) kaši. Poté směs přelít malým
množstvím lihu a znovu roztírat.
 Směs zfiltrovat přes buničitou vatu do odpařovací misky (kádinky) a následně odpařit do sucha na vodní
lázni.
 Po zchladnutí rozpustit hmotu v několika kapkách lihu. Takto zahuštěný extrakt převést do
mikrozkumavky.
b) Kousek červené papriky
 rozetřít v třecí misce s 10 ml technického benzínu, převést do kónické baňky, ústí zlehka zazátkovat a
umístit na 15 minut na třepačku.
 Získaný extrakt zfiltrovat přes buničitou vatu do odpařovací misky a na vodní lázni zahustit na
poloviční objem.
 Poté převést do mikrozkumavky (paprika obsahuje přes 40 nepolárních barviv většinou na bázi
karotenoidů, proto je potřeba použít méně polární vyvíjecí soustavu).
Příprava vyvíjecí soustavy a přípravy chromatogramů jednotlivých barviv
U chromatografie na tenké vrstvě převládá rozdílné využití adsorpce na tenké vrstvě sorbentu – adsorpční
chromatografie. Analyzovaná směs se nanese na povrch Silufolu, příp. Alufolu
(na Start vyznačený tužkou), Silufol se poté umístí do mobilní fáze. Vyvíjení (vzlínání) probíhá v uzavřené
tlustostěnné nádobě a k jeho přerušení dojde, jakmile rozpouštědlo dosáhne požadované výšky. Tato výška se
označí tužkou (tvrdost HB) jako Čelo chromatogramu.
Kvalitativním parametrem pro identifikaci látky v dané vyvíjecí soustavě je hodnota retardačního faktoru RF.
Vyvíjecí soustavu připravit do tlustostěnné nádoby tak, aby hladina mobilní fáze dosahovala do výšky 8 – 10
mm (cca 5 ml), ihned ji uzavřít víkem, aby se prostor uvnitř nádoby nasytil parami vyvíjecí soustavy.
Pro dělení použijeme vyvíjecí soustavu (dle pokynů vyučujícího):
a) n-propanol : H2O : kyselina octová v poměru 85 : 14 : 1 (tj. 4,25; 0,7; 0,05 ml)
b) benzen . diethylether 4 : 1
c) benzín : H2O : 2-propanol v poměru 90 : 1 : 9 (tj. 4,5; 0,05 a 0,45 ml)
Dělení rostlinných barviv metodou TLC
Chromatografickou fólii nastříhat na obdélníky (vysoké 8 cm, šířka pruhu se řídí šířkou vyvíjecí nádoby), na ně
zakreslit měkkou tužkou (tvrdosti HB) 1 – 1,5 cm od okraje Start, opatrně tak, aby nedošlo k porušení vrstvy
silikagelu (což by ovlivnilo průběh analýzy). Těsně pod Start (příp. pod horní okraj obdélníku) udělat popisky
pro pozdější identifikaci jednotlivých barviv. Na čáru Startu nanést kapilárou jednotlivá barviva. Na každý
vzorek použít čistou kapiláru, aby se vzorky nekontaminovaly. Počkat, až se barvivo vsákne do povrchu
silikagelu, nanesení vzorku opakovat, dokud nevznikne skvrna o velikosti 2–3 mm. Připravenou
chromatografickou fólii vložit do vyvíjecí soustavy v mírném sklonu ke stěně vyvíjecí nádoby a vyvíjecí nádobu
ihned uzavřít víkem.
Sledovat, jak mobilní fáze vzlíná, počkat cca 30 minut, nebo až MF vystoupí asi 1 cm pod horní hranu
chromatografické fólie. Poté fólii vyjmout a tužkou zakreslit čáru migrace Čela mobilní fáze. Následně se
pokusit obtáhnout skvrnu, kterou po sobě zanechalo barvivo na chromatografické desce, protože po usušení
desky by nemusela být dostatečně zřetelná.
33
Identifikace analyzovaných barviv a porovnání jejich chování v jednotlivých vyvíjecích soustavách
Po ukončení vyvíjení chromatogramy opatrně vyjmout, obtáhnout měkkou tužkou vzniklé skvrny a zaznamenat
jejích barvu (na světle i pod UV). Poté je nechat uschnout na vzduchu, příp. je umístit na 5 minut do sušárny
vyhřáté na teplotu 60 ºC. Po vysušení pravítkem změřit vzdálenost Čela mobilní fáze od Startu a vzdálenost
středu skvrny od Startu, všechny hodnoty si zapsat.
Vyhodnocení chromatografické analýzy a zpracování dat do protokolu
Do protokolu vložit obrázky jednotlivých zkopírovaných chromatogramů s popisem a jejich vyhodnocením.