Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

1. Tudományos kutatásmódszertani, elemzési és közlési ismeretek modul Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei Gazdálkodási modulGazdaságtudományi ismeretek I. Közgazdaságtan KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI MÉRNÖKI MSc KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI MÉRNÖKI MSc TERMÉSZETVÉDELMI MÉRNÖKI MSc

2. Titrimetria, gravimetria 86. Lecke

3. Titrimetria • A térfogatos analízis, titrálás során addig adagoljuk az ismert koncentrációjú, un. mérőoldatot a vizsgálandó anyag oldatához, míg el nem érjük a végpontot. • A végpontot hagyományos módon indikátorral, vagy műszeres módszerrel jelezzük, ill. bizonyos esetekben nincs szükség külön indikátorra (mint pl. permanganometria). • A titrálás végpontjáig elhasznált mérőoldat térfogata (fogyás), koncentrációja és a lejátszódó kémiai reakció egyenlete segítségével számoljuk ki a meghatározandó anyag anyagmennyiségét. A megbízható eredményhez minimum három párhuzamos mérésre van szükség. • Az indikálási módszert (indikátor típusa, koncentrációja) úgy kell megválasztani, hogy az általa jelzett végpont minél közelebb essen a titrálás ekvivalenciapontjához. • A végpontban mért és az ekvivalenciapontnak megfelelő fogyás %-os különbsége a titrálás elvi hibája. x Mérendő + y Reagens = z Termék http://www.sci.u-szeged.hu/inorg/kornyseg.doc

4. A titrimetria felosztása A titrimetriát a meghatározás alapját képező reakciók típusa, ezen belül a felhasznált mérőoldat hatóanyaga szerint osztjuk fel: • csapadékos titrálások, • sav-bázis, • komplexometriai és • redoxititrálás: • azon belül oxidimetria (permanganometria, jodometria, bromatometria, cerimetria, kromatometria), • reduktometria (jodometria)). Az előírásoknak megfelelően, gondosan elvégzett mérésekkel általában 0,1 %-os pontosság érhető el. A mérőoldatok koncentrációját az analitikában mol/dm3-ben fejezzük ki. Az így megadott koncentrációt molaritásnak (M) is nevezzük. 1 mólos az az oldat amelynek 1 dm3-re 1 mol oldott anyagot tartalmaz. http://www.sci.u-szeged.hu/inorg/Gravimetria%20es%20csapadekok.doc

5. A titrálás eredményének számítása • A titrálási eredmények kiszámítása az analízis alapjául szolgáló reakcióegyenlet figyelembevételével történik. Ezért a számítás során az első lépés mindig a reakcióegyenlet felírása! • Az aA + bB → cC + dD általános reakcióegyenletet alapul véve igaz az, hogy, ha A a titrálásnál használt mérőoldat, B pedig a meghatározandó anyag, akkor a titrálás végpontjában: b·nA = a·nB, ahol n a megfelelő anyagok móljainak számát jelöli. Ennek alapján, valamint a mérőoldat koncentrációja (cA) és a mérőoldatfogyás (Vf) ismeretében először kiszámítjuk, hogy a pipettával mért térfogatban (Vp) mennyi a vizsgálandó anyag mennyisége (molban). http://www.sci.u-szeged.hu/inorg/Gravimetria%20es%20csapadekok.doc

6. A titrálás eredményének számítása • Ezután kiszámítjuk a törzsoldatban (Vl) a vizsgálandó anyag móljainak számát, majd ezt megszorozva az anyag molekulatömegével (MB) megkapjuk az analízishez bemért vagy az ampullába zárt teljes anyag mennyiségét, melyet leggyakrabban mg-ban adunk meg: • Az anyagtartalmat 0,1-0,01 mg pontossággal adjuk meg. Ennek alapján kiszámíthatjuk a törzsoldat koncentrációját is (pl. mol/dm3-ben) vagy, por alakú minta esetében, az összetételt tömegszázalékban. http://www.sci.u-szeged.hu/inorg/Gravimetria%20es%20csapadekok.doc

7. Visszatitrálás • Bizonyos meghatározásoknál a mérőoldattal nem titrálunk, hanem ismert mennyiségben feleslegben adjuk a meghatározandó anyag alikvot részletéhez (pl. könnyen illó anyagok meghatározása esetén) és a mérőoldat feleslegét mérjük vissza un. segédmérőoldattal. • A titrálás eredményének kiszámításánál ebben az esetben két reakcióegyenletet kell figyelembe vennünk: (1) a mérőoldat és a meghatározandó anyag között lejátszódó reakció, (2) a mérőoldat feleslege és a segédmérőoldat között lejátszódó reakció. • A számítás során a segédmérőoldat fogyásának és koncentrációjának ismeretében a második reakcióból kiszámítjuk a mérőoldat feleslegét (molban) és ezt kivonva a mintához hozzáadott mérőoldat összmólszámából, megkapjuk a meghatározandó anyaggal reakcióba lépett mérőoldat móljainak számát. • Ezt felhasználva, az (1) reakcióegyenlet alapján kiszámoljuk a meghatározandó anyag móljainak számát a pipetta térfogatában, majd a törzsoldatban. Az így kapott mennyiséget megszorozva a meghatározandó anyag molekulatömegével, megkapjuk az ampullába levő teljes anyagmennyiséget mg-ban. http://www.sci.u-szeged.hu/inorg/Gravimetria%20es%20csapadekok.doc

8. Gravimetria • A tömegszerinti analízis során a meghatározandó komponenst kis oldhatóságú, jól definiált (sztöchiometrikus) összetételű, vagy hőkezeléssel azzá alakítható csapadék formájában leválasztjuk. A csapadékot szűréssel elkülönítjük a többi komponenstől, mossuk, szárítással vagy izzítással tömegállandóvá tesszük. A csapadék tömegéből annak pontos összetétele alapján számítjuk ki a meghatározandó alkotórész mennyiségét. • A gravimetriásan meghatározható csapadék: • kis oldhatóságú, kvantitatíven leválasztható • jól szűrhető (ne legyen finomszemcsés) • a rá tapadó szennyeződés vagy kísérő komponens kimosható anélkül, hogy akárcsak a kis része is oldódna • szárítással vagy izzítással tömegállandóvá tehető és tömegállandó alakja sztöchiometrikus összetételű. • A gravimetria igen nagy pontosságú eljárás, pl. műszeres analitikai mérésekhez használt kalibráló oldatok pontos koncentrációját gyakran ezzel a módszerrel határozzák meg. http://www.sci.u-szeged.hu/inorg/Gravimetria%20es%20csapadekok.doc

9. Tömegmérés • Az analitikai munka során a mérendő anyag mennyiségétől és a mérés pontosságigényétől függően különféle érzékenységű mérlegeket használunk. A tömegmérés elvéről, a mérlegek különböző típusairól és azok használatáról különböző praktikumokban részletes leírás található, a következőkben csak az analitikai (0,1 mg) pontosságú mérést részletezzük. A mérések célja kétféle lehet: • ismeretlen tömeg pontos meghatározása, • gondosan előkészített anyagból kell meghatározott mennyiséget lemérnünk, ez a művelet az úgynevezett bemérés. • A mérés pontosság attól függ, hogy milyen érzékeny analitikai mérleg áll a rendelkezésünkre. • Ismeretlen tömeg mérésénél a mérleg bekapcsolása után megvárjuk, amíg a kijelzőn a nulla érték („g” mértékegységben) megjelenik. Ezután a mérendő mintát a mérleg serpenyőjére helyezzük és a mérlegszekrény ajtaját becsukjuk. A kijelzőn megjelenik a mérendő minta tömege, amelyet az egyensúly beállta után a jegyzőkönyvbe feljegyzünk. http://www.sci.u-szeged.hu/inorg/Gravimetria%20es%20csapadekok.doc

10. Visszamérésesmódszer • Bemérésnél kétféle módon is eljárhatunk. Az egyik a visszaméréses módszer, amelyet akkor alkalmazhatunk, ha pl. pontos beméréssel készítünk mérőoldatot. • Visszamérésnél a megfelelően előkészített, exszikkátorban tárolt anyagot csiszolatos fedelű bemérőedényben tesszük a mérleg serpenyőjére. Az egyensúly beállta után a megfelelő gomb megnyomásával a mérleget letárázzuk. A kijelzőn a nulla érték jelenik meg, vagyis a további mérés során ezt tekintjük kiinduló állapotnak. A bemérőedényt a mérleg mellé készített főzőpohár felett óvatosan kinyitjuk és a pohárba szórunk az anyagból, majd az edényt visszahelyezzük a mérlegre. A kijelzőn megjelenő negatív érték mutatja a pohárba szórt anyagmennyiséget. A műveletet addig ismételjük, míg ± 10 % eltérést megengedve, de 0,1 mg pontossággal sikerül a kívánt anyagmennyiséget bemérni. A főzőpohárban lévő anyagot vízben oldjuk, és veszteség nélkül átvisszük a megfelelő mérőlombikba. http://www.sci.u-szeged.hu/inorg/Gravimetria%20es%20csapadekok.doc

11. Bemérőcsónak használata • Analitikai pontossággal mérhetünk bemérőcsónakban (1 g-nál kisebb tömegeket), vagy kisebb méretű főzőpohárban is. A tiszta száraz edényt a mérlegre helyezzük, és a mérleget letárázzuk. A mérlegről levéve kis részletekben rászórjuk a mérendő anyagot, majd az edényt visszahelyezzük a mérleg serpenyőjére és leolvassuk a bemért anyag tömegét. Mindezt addig folytatjuk, míg elérjük a kívánt tömeget. A bemérőcsónakról (a gyakorlaton műanyag bemérőcsónakokat használnak a hallgatók) az anyagot vízzel, tölcséren keresztül, veszteség nélkül mérőlombikba mossuk.

12. Térfogatmérő eszközök Térfogatmérő eszközök használatosak a mennyiségi analízisben közelítő pontosságú térfogatmérésre, és pontos mérésre. Közelítő pontosságú edények: • mérőhenger • osztott pipetta (esetleg főzőpohár), Pontos mérésre szolgáló hiteles (A jelű) edények: • mérőlombik, • büretta • kétjelű hasas pipetta

13. Az eszközök tisztítása és használata • A pontos analitikai munka alapfeltétele, hogy tiszta és zsírmentes eszközökkel dolgozzunk. Használat közben az üvegeszközök belső felülete könnyen zsírosodik. Előfordulhat, hogy cseppek képződnek az edény falán. Mosogatáshoz általában elegendő szintetikus mosószerek vizes oldatát használni. • Tökéletes zsírtalanítás érhető el kálium-hidroxiddal telített izo-propanollal, tömény kénsav és tömény hidrogén-peroxid 5:1 elegyével vagy permangánsavval. Az utóbbi kettőt mindig frissen készítjük. Ezeket az oldatokat többször is felhasználhatjuk. Fontos, hogy a zsírtalanításra szánt eszköz lehetőség szerint tiszta és száraz legyen! • Ezeket a tisztítószereket természetesen nagy körültekintéssel használjuk, és mindig ügyeljünk arra, hogy bőséges csapvízzel teljesen eltávolítsuk őket. Ezután desztillált vízzel öblítsük ki edényeinket! • A hiteles térfogatmérő eszközöket sohasem szabad melegíteni, mert csak hosszú idő után nyerik vissza eredeti térfogatukat. http://www.sci.u-szeged.hu/inorg/Gravimetria%20es%20csapadekok.doc

14. Mérőedények használata • A mérőlombik: hosszú nyakú, csiszolt dugóval és körkörös jellel ellátott betöltésre kalibrált állólombik. Mérőoldatok készítésére és oldatok ismert térfogatra való hígítására használjuk. Feltöltésnél a folyadék meniszkuszának alsó része a jel síkját érintse. Ezután bedugjuk tartalmát alaposan összerázzuk. • A (hasas) pipetta: meghatározott folyadékrészletek mérésére szolgáló kifolyásra kalibrált eszköz. Kétjelű és egyjelű pipettákat használhatunk, de pontosabbak a kétjelűek. • A kétjelű pipetta szabályos használata: • lassan felszívjuk a folyadékot kevéssel a jel fölé, majd a pipetta felső nyílását mutatóujjunkkal befogjuk; • kívülről a szárára tapadt folyadékcseppeket szűrőpapírral letöröljük; • a pipetta végét az edény falához érintjük és a folyadék meniszkuszát a felső jelre állítjuk, a leolvasási (parallaxis) hiba csökkentése érdekében a pipettát úgy tartjuk, hogy a jel mindig a szemünkkel egy magasságban legyen leolvasáskor; • a folyadék lassú kiengedésekor a függőlegesen tartott pipetta csúcsát a kb. 45 fokos szögben megdöntött pohár száraz falához érintjük, a folyadéknívó "alsó" meniszkuszát a körkörös jel síkjára állítjuk; az ún. utánfolyás miatt a pipettázás ne legyen rövidebb, mint legalább 20-25 másodperc. http://www.sci.u-szeged.hu/inorg/Gravimetria%20es%20csapadekok.doc

15. Büretták használata • A büretta: tetszés szerinti folyadéktérfogatok mérésére alkalmas, beosztással és csappal ellátott kifolyásra kalibrált üvegcső. A bürettákat hosszuk alsó harmadánál állványba fogva függőleges helyzetben rögzítjük. A büretta csiszolatos csapját, amelyet tisztítás után szárazra töröltünk, csapzsírral vagy vazelinnel vékonyan bekenjük. A jól zsírozott csaptest átlátszó és a csap furata zsírmentes. • A büretta feltöltésekor ügyeljünk arra, hogy levegőbuborék ne maradjon sehol a büretta szárában. A bürettát 4-5 mm-rel a 0-jel fölé töltjük és a csap óvatos nyitásával a térfogatskála 0-pontjára állítjuk a folyadéknívót (átlátszó folyadék esetén az "alsó" meniszkuszt, sötét mérőoldatnál a "felső" meniszkuszt). A leolvasás előtt a büretta csapján függő cseppet az edény felemelésével - az edény falához érintve - mindig levesszük. • A büretta használatakor az utánfolyásra és a leolvasás pontosságára is ügyeljünk. Az osztásnak megfelelő térfogatot közvetlen leolvasással, a köztiértékeket becsléssel állapítjuk meg. http://www.sci.u-szeged.hu/inorg/Gravimetria%20es%20csapadekok.doc

16. Mérőlombikok használata • A mérőlombikot betöltésre kalibráljuk, azaz a betölthető folyadék pontos térfogatát kell ismerni, ezért csak száraz eszköz hitelesíthető. • Használatuk: a tiszta, száraz mérőlombikot (névleges térfogata 100 cm3) dugójával együtt a digitális táramérleg serpenyőjére helyezzük és feljegyezzük a tömegét centigramm pontossággal. Ezután a mérőlombikot jelig töltjük ismert hőmérsékletű desztillált vízzel, gondosan ügyelve arra, hogy a jel feletti részen vízcseppek ne maradjanak (szükség esetén szűrőpapírcsíkkal távolítjuk el azokat). A mérőlombikot dugójával lezárjuk és visszahelyezve a serpenyőre tömegét újra megmérjük. • A két mérés különbsége megadja a lombikban lévő víz tömegét. A kalibrálás műveletét háromszor megismételjük, a pontos térfogatokat kiszámítjuk és középértéküket képezzük, ha a legnagyobb és a legkisebb érték között az eltérés 0,05 cm3-nél nem nagyobb. http://www.sci.u-szeged.hu/inorg/Gravimetria%20es%20csapadekok.doc

17. Kalibrálás • A bürettát és a pipettát kifolyásra kalibráljuk, ezért itt nem szükséges száraz eszközt használni. A 10,00 cm3-es pipetta és a 10,00 cm3-es büretta hitelesítésekor a pipettából kifolyt ill. a bürettából cm3-enként (mindig a 0-ponttól) leengedett folyadékrészletek tömegét csiszolt fedővel ellátott bemérőedényben (vagy csiszolt dugós Erlenmeyer-lombikban) mérjük le (max. 0,05 g eltérés fogadható el). • A megfelelő térfogatokat kiszámítjuk. • A büretta korrekciós értékeit a névleges térfogat függvényében milliméterpapíron ábrázoljuk. http://www.sci.u-szeged.hu/inorg/Gravimetria%20es%20csapadekok.doc

18. Kérdések a leckéhez • A titrimetria elve • A gravimetria elve • A titrimetria és gravimetria eszközei és alkalmazott számításai

19. KÖSZÖNÖM FIGYELMÜKET!