Na + -selektiv elektrode

Transkript

1 C.11.1 Na + -selektiv elektrode Formål: Øvelsens formål er at kalibrere en Na + -ISE (ionselektiv elektrode) finde elektrodens linearitetsområde anvende elektroden til koncentrationsbestemmelse belyse problematikken med en interfererende ion Litteratur: Hallager, Møller og Svenningsen: Noter i Kemi, Del 2, s Teori: Se litteraturangivelsen. Na + -ISE-en interfereres stærkt af H + -ioner, dvs. at Na + -koncentrationen bliver behæftet med en systematisk fejl. Radiometer anfører derfor, at følgende betingelse skal være opfyldt i samtlige måleopløsninger: ph pna + 3, hvor pna betyder log [Na + ]. Samtlige standarder og ukendte prøver skal derfor tilsættes en basisk puffer, der ikke indeholder interfererende ioner. ISA-pufferen er en stoffer har samme koncentration. + NH 4 /NH 3 -puffer, hvor de to Apparatur: Natrium-ISE fra Radiometer: ISE21 Na Referenceelektrode fra Radiometer: REF251 med dobbelt saltbro Millivoltmeter/pH-meter fra Radiometer: PHM210 Magnetomrører og elektrodeholder Div. automatpipetter Div. glasapparatur

2 C.11.2 Reagenser: Kemikalie CAS-nr. Mærkning Fareklasse R-sætninger S-sætninger 0,1000 M NaCl(aq) ,000 M HCl(aq) Kontrolopløsning: NaCl 1,5 mm ISA-buffer 4 M C /37/39-45 ISA-buffer 0,02 M Mættet KCl(aq) Sikkerhed: Tilsætningen af ISA-buffer 4 M skal foregå i stinkskab, og man skal anvende handsker til dette. Kemikalieaffald hældes i dunken mærket Z andet affald. Fremgangsmåde: Obs: Da et analyseresultat aldrig kan blive bedre end standardopløsningerne tillader, skal alle fortyndinger af Na + -opløsninger foretages ved brug af automatpipetter og målekolber. Der skal foretages målinger i følgende 9 opløsninger (se bemærkningerne nedenfor): 1. 0,1000 M NaCl (stamopløsningen) 2. 1, M NaCl (med ISA-puffer) 3. 1, M NaCl (med ISA-puffer) 4. 1, M NaCl (med ISA-puffer) 5. 1, M NaCl (med ISA-puffer) 6. 1, M NaCl (med ISA-puffer) 7. 1, M NaCl (med HCl eller vand) 8. Vand fra den kolde vandhane (uden tilsætning) 9. Kontrolopløsning

3 C.11.3 Ad opløsning 2-4: 100,00 ml af disse opløsninger fremstilles ud fra 0,1000 M NaCl-stamopløsningen, idet der også tilsættes 1,00 ml 4 M ISA-puffer til målekolberne inden efterfyldningen med demineraliseret vand. Ad opløsning 5-6: 100,00 ml af disse opløsninger fremstilles ud fra den netop fremstillede opløsning nr. 3, idet der også her tilsættes 1,00 ml 4 M ISA-puffer. Ad opløsning 7: 100,00 ml af denne opløsning fremstilles ud fra 0,1000 M NaCl-stamopløsningen, idet ISA-puffertilsætningen udelades, og der i stedet tilsættes et volumen 1,00 M HCl. Vælg selv mellem følgende voluminer: Ingenting 10,0 µl 1,00 M HCl 100 µl 1,00 M HCl 1,00 ml 1,00 M HCl 10,00 ml 1,00 M HCl Ad opløsning 8: Vandet tappes fra hanen i god tid og henstår (tildækket for at undgå fordampning), så den kan nå at antage rumtemperaturen. Hvilepotentialet U 0 måles nu i de 8 opløsninger i en hensigtsmæssig rækkefølge. Følg vejledningen: Potentialmålinger på Radiometers PHM210, bilag C Mål også hvilepotentialet i kontrolopløsningen, og sammenlign jeres udregnede værdi med den sande værdi. For at kunne sammenligne med de data som I finder på internettet, måles ph på vandværksvandet (brug det opstillede ph-meter og følg vejledningen).

4 C.11.4 Rapport: Fremstilles i overensstemmelse med standardretningslinierne for kemirapporter ved Bioanalytikeruddannelsen Århus. Rapporten skal i forbindelse hermed indeholde: Overvejelserne i forbindelse med målerækkefølgen af de 8 opløsninger. En overskuelig tabel, der for hver af opløsningerne viser dens koncentration, afpipetteret volumen NaCl, ISA og HCl, pna + 3, ph samt U 0. For opløsning 8 anføres pna + 3, ph samt U 0. En afbildning (standardkurve - Excel) af U 0 (y-aksen) som funktion af log [Na + ] (xaksen) for opløsning Vurder på basis af standardkurven det område, hvor sammenhængen med god tilnærmelse er lineær, og angiv dette. For det lineære område bestemmes konstanterne A og B i udtrykket U 0 = A + B log [Na + ]. Find ved beregning [Na + ] i vandhanevandet (opløsning 8). Omregn desuden koncentrationen til mg/l. På Internetadressen drikkevand kan I indtaste skolens adresse (Vej: Kongsvang Alle og Nr: 39) og se hvilke vandværker, der leverer drikkevand til området. Under de enkelte vandværker kan ph og natriumkoncentrationen (forhåbentlig) findes. Er der overensstemmelse med jeres målinger? Beregn den tilsyneladende natriumionkoncentration i opløsning 7 og sammenlign med den sande koncentration. Diskuter resultatet. Når H + -ioner interfererer, vil vi antage, at hvilespændingen bestemmes af udtrykket: U 0 = A + B log ([Na + ] + k [H + ]), hvor A og B er de allerede bestemte værdier. Find konstanten k, der også kaldes selektivitetskoefficienten. Hvilke sundhedsmæssige problemer kan der være i forbindelse med (for meget) Na + i drikkevandet?

5 Kemi - øvelse 11 Bilag C.11.1 Potentialmålinger på Radiometers PHM210 med ISE21 Na Klargøring af elektroderne: Til målinger af natriumionaktivitet/koncentration anvendes et element bestående af en ISE med Na + -følsom glasmembran og en referenceelektrode med dobbelt saltbro. Dobbelt saltbro vil sige, at der ud over den sædvanlige saltbro (i dette tilfælde mættet KCl) er tilføjet en ekstra saltbro (i dette tilfælde med ISA-puffer). Når kalium- og chloridionerne strømmer ud af saltbroen gennem den porøse stift, kommer de derfor ikke direkte ud i måleopløsningen, men ud i den ekstra saltbro. Gennem dennes porøse stift strømmer ISA-puffer ud i måleopløsningen. Der er således sikret elektrisk kontakt mellem måleopløsningen og referenceelektroden, men forurening med kalium- og chloridioner minimeres. Når målingerne er afsluttet tømmes den ekstra saltbro, så senere målinger påbegyndes med en ren ISA-puffer. Kontroller, at både ISE-en (ligner en sædvanlig glaselektrode til ph-måling) og referenceelektroden REF251 med dobbelt saltbro er forbundet til PHM210 (digitalt millivoltmeter med diverse faciliteter). ISE-en er normalt neddyppet i 0,1 M NaCl i et bægerglas eller er påsat en lille plastikhætte med samme opløsning. Bægerglasset eller hætten fjernes. Referenceelektroden indeholder to reservoirer: Reservoiret med det øverste påfyldningshul indeholder mættet KCl. Reservoiret med det nederste påfyldningshul er tomt, når elektroden ikke er i brug. Begge påfyldningshuller er lukket med en lille plastikring med gummiprop, når elektroden ikke er i brug. Fjern de to ringe med gummipropper. De må ikke sidde på elektroden under målingerne. Fjern plasthætten, der beskytter elektrodens spids. Påfyld om nødvendigt mættet KCl i det inderste reservoir gennem det øverste påfyldningshul. Påfyld 0,02 M ISA-puffer i det yderste reservoir gennem det nederste påfyldningshul. Sæt elektroderne på plads i holderen. Herefter aftørres elektroderne forsigtigt med Kleenex, skylles med 0,02M ISA-puffer og aftørres igen med Kleenex. Skal der ikke måles umiddelbart herefter, sænkes holderen med elektroderne, så de er neddyppet i ISA-puffer i et bæger. Elektroderne skal da naturligvis renses umiddelbart før brug.

6 Kemi - øvelse 11 Bilag C.11.2 Måling: Indledning, der læses omhyggeligt igennem, inden måling påbegyndes Elektrodernes afstand og størrelse gør, at et 100 ml bægerglas vil være passende. Det skal indeholde ca. 40 ml måleopløsning. Det er nemlig særdeles vigtigt, at både elektrodens Na + -følsomme glasmembran og referenceelektrodens porøse stift (kan anes som en lille gråhvid prik på siden lige over glasmembranen) er helt neddyppet i måleopløsningen. Alle målinger foretages med magnetomrøring. Mellem målinger i forskellige opløsninger skylles elektroderne med ISA-puffer og aftørres med Kleenex. Hvis bægerglasset genbruges, skylles dette først med opløsningen, som skal måles. Skyllevæsken bortkastes. Begynd altid med at måle standardopløsningerne, og altid med standarden med den laveste koncentration, derefter den næstlaveste osv. Derved mindskes risikoen for afsmitning mellem opløsningerne. Måleprocedure Når elektroderne og bægerglas og magnet er rensede, og bægerglasset indeholder måleopløsningen, sænkes elektroderne forsigtigt ned i bægerglasset, så den runde glasboble på ISE-en er helt neddyppet, men omrørermagneten er fri. Omrørermotoren startes, hvis det ikke allerede er gjort. Hvis displayet ikke efter kort tid - viser spændingsforskellen i mv, trykkes på knappen ph/mv nederst til venstre, til dette er tilfældet. ISE-en har en responstid på ½-1 min, afhængigt af Na + - koncentrationen. Ved meget lave koncentrationer dog flere minutter. Når teksten STAB i displayet er væk eller blinker, er spændingen ikke konstant. Efterhånden som den stabiliserer sig, blinker færre bogstaver, og når ingen bogstaver blinker (evt. blinker B-et langsomt), kan aflæsningen foretages. Oprydning: Efter brug tømmes referenceelektrodens nederste reservoir for ISA-puffer. Dette gøres lettest på følgende måde: Tag elektroden op af holderen og påsæt klemmen med gummidup på det øverste hul, der fører til reservoiret med mættet KCl. Denne opløsning skal være i reservoiret hele tiden! Hold elektroden vandret med det nederste påfyldningshul nedad og sug med en plastik-engangspipette, til reservoiret er tomt. Evt. vippes op og ned et par gange for at få det hele med. Sæt elektroden tilbage i holderen, tør den af og påsæt den anden klemme med gummidup. Rens og tør ISE-en og dyp den i 0,1 M NaCl i et bægerglas eller påsæt plastichætten med 0,1 M NaCl på elektrodens spids.