Avtomatizirana analiza

Transcription

1 Univerza v Ljubljani Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo Univerzitetni študijski program Kemija Izbirni sklop Analizna kemija Avtomatizirana analiza Seminar 2005 Predavatelj: prof. dr. Boris Pihlar Seminarska naloga je izdelana v okviru študijskih obvez dodiplomskega izbirnega predmeta Avtomatizirana analiza ( ). Delo ni lektorirano ali vsebinsko korigirano s strani predavatelja ali drugih univerzitetnih inštitucij. Avtor in inštitucija ne jamčita za pravilnost podatkov in navedb ter ne izključujeta možnosti, da so v objavljenem gradivu napake ali druge nepravilnosti. Gradivo predstavljeno v tem delu je avtorska lastnina, oziroma last navedenih virov, iz katerih je bilo povzeto.

2 OSNOVNA LITERATURA: Analytica Chimica Acta 420 (2000) Comparison of spectrophotometric and potentiometric detection for the determination of water using Karl Fischer method under flow injection analysis conditions Nathalie Dantan a, Steffen Kröning a, Wolfgang Frenzel a, Stephan Küppers b a) Institut für Technischen Umweltschutz, Fachgebiet Luftreinhaltung, KF2, Technische Universität Berlin, Str. d. 17. Juni 135, D Berlin, Germany b) Schering AG, IPA, Müllerstraße 178, Berlin, Germany

3 UNIVERZA V LJUBLJANI FAKULTETA ZA KEMIJO IN KEMIJSKO TEHNOLOGIJO PRIMERJAVA SPEKTROFOTOMETRIČNE IN POTENCIOMETRIČNE DOLOČBE VODE PO KARL-FISCHER METODI, S PRETOČNO INJEKCIJSKO ANALIZO (SEMINARSKA NALOGA) Predmet: Avtomatizirana analiza Mentor: prof. dr. B. Pihlar Letnik študija: 4. letnik Študentka: Ljubljana, junij 2005

4 KAZALO 1. UVOD KARL-FISCHER POSTOPEK PRINCIPI PRETOČNE INJEKCIJSKE ANALIZNE TEHNIKE EKSPERIMENTALNI DEL APARATURE REZULTATI IN DISKUSIJA OPTIMIZACIJA FIA PARAMETROV SPEKTROFOTOMETRIČNA DETEKCIJA POTENCIOMETRIČNA DETEKCIJA AVTOMATIZACIJA, ON- LINE MONITORING IN POSTOPEK KALIBRACIJE MODIFICIRANA REVERZNA PRETOČNO INJEKCIJSKA ANALIZA ZAKLJUČEK LITERATURA

5 Povzetek [1] V članku je opisana pretočno injekcijska analiza (FIA), za določanje vode v metanolu s pomočjo Karl- Fischer postopka. Oba detekcijska sistema (potenciometrični in spektrofotometrični), sta bila raziskovana in med sabo kritično primerjana z upoštevanjem, kateri da boljše rezultate. Odkrili so novo diferencialno potenciometrično (flow through) celico. Z uporabo spektrofotometrične detekcije je možna določitev vode pri frekvenci 120 h -1 v koncentracijskem območju 0,01-1%. Natančnost pa je boljša od 3% R.S.D. skozi celotno koncentracijsko območje. Na odkritost te metode, je močno vplivala sled vode v nosilni tekočini, vendar s primernimi preventivnimi ukrepi so bile lahko koncentracije nižje, vse do 0,002%. Vsa specifikacija potenciometrične variante je dobro primerljiva s spektrofotometrično detekcijsko metodo in je nekoliko bolj natančna, vendar dovoli znižati linearno območje. Avtomatizacija teh dveh metod je bila dosežena, vendar uporabnost za on-line monitoring je še v teku. Poseben poudarek je namenjen kalibracijski problematiki. Modificirana reverzna FIA je bila prav tako uporabljena in je pokazala enostavno in zanesljivo pot za detekcijo nominalne vrednosti odklona, kar potrebujemo za različne situacije oziroma postopke. 3

6 1. UVOD Vedno več je zahtev po analizah, tako v klinični kot živilski industriji, farmaciji; zato industrija in proces analitične kontrole vodita k razvoju pretočne injekcijske analize (FIA). Namen metode je poenostavitev pretočne sheme in instrumentacije ter omejiti količino porabljenih reagentov. FIA je uspešna laboratorijska tehnika in prilagodljivo orodje za izboljšanje instrumentalne analize in njenih aplikacij za kontrolo procesa. Napredek oziroma razvoj FIA je bil moten z uporabo velikega števila pretokov, ki zahtevajo uporabo večkanalnih črpalk. Pomanjkljivosti so še: ročno obračanje pretočnega kanala, visoka poraba reagentov, potreba po večkratnem servisiranju peristaltičnih črpalk in večkratno umerjanje. To funkcionira v laboratoriju, ni pa popolnoma sprejemljivo v industriji. Analiza vode je ena izmed najbolj pomembnih analiz, izmed vsemi različnimi snovmi glede na kvaliteto analize. Veliko metod je uporabnih in rutinsko uporabljenih v kemijskih laboratorijih. Karl Fischer titracija za določitev vode je bila predstavljena leta 1935, kot ena izmed najbolj splošno znanih oziroma uporabljenih metod Karl-Fischer postopek Pri Karl Fischer postopku titrni reagent vsebuje tako oksidant (I 2 ), kot reducent (SO 2 ), vendar je za potek reakcije potrebna prisotnost vode: 2H 2 0 +SO 2 +I 2 H 2 SO 4 + 2HI. Ko je v vzorcu porabljena vsa voda, je v raztopini prisoten reverzibilen redoks par I 2 /I - in tok med elektrodama steče. Titrna raztopina je običajno pripravljena v metanolu in piridinu (stabilizator), pri čemer I 2 ne izgubi oksidativnih lastnosti. Titracijo seveda izvajamo pod nadzorovanimi pogoji, tako da poskušamo karseda temeljito izločiti vpliv zračne vlage, v zaprti, popolnoma suhi čaši za titriranje, s pripravljenimi obrusi za elektrodi ter za izliva topila (metanol) in titrnega reagenta. V praksi se pokaže, da se za redukcijo enega mola joda ne porabita dva mola vode, temveč se pod optimalnimi pogoji vzpostavi stehiometrično razmerje 1:1. Pri tem odločilno vlogo igra prisotnost organske baze (piridin). Ker v reakciji redukcije joda vodo deloma lahko nadomesti molekula metanola, ima pripravljena titrna raztopina omejen rok uporabe, saj ji titer zlagoma pada, zato ga moramo pred vsako uporabo določiti s poskusom. Pripravljeni reagenti po Karl Fischerju imajo večji delež žveplovega dioksida (2x) in piridina (3-4x), kot pa ga predpisuje stehiometrija, tako da je zmožnost vezave vode 4

7 odvisna predvsem od vsebnosti joda. Tipične vrednosti titra so 2-5 mg vode na ml reagenta in ga določamo od nekajkrat dnevno do nekajkrat tedensko, odvisno od zagotovil proizvajalca. Sveže pripravljena raztopina je še nekaj ur nestabilna zaradi oksidacije nečistoč z jodom, zato je uporabna dan po pripravi. Raztopina je nestabilna na svetlobi. Postopek za določevanje vode po Karl-Fischer postopku je splošno uporaben v primerih, kadar lahko vzorec raztopimo v metanolu, piridinu ali dioksanu. Taki vzorci so organske kisline, alkoholi, estri, etri, anhidridi in halidi. Skozi leta je originalno predlagana metoda doživela velike spremembe, kar se tiče instrumentalnega razvoja, končnih detekcijskih tehnik (endpoint detection techniques) in sestave Karl-Fischer reagenta[2]. V zadnjih letih je narasel interes za avtomatske in polavtomatske titracije z uporabo kontinuirne pretočne metodologije. Večina postopkov bazira na uporabi enega ali dveh pretokov ali koncentracijskih gradientov. Pri vseh je potrebna predhodna kalibracija sistema, le nekateri postopki so se temu uspeli izogniti z ustrezno dizajniranim postopkom. Čeprav se je uporaba programiranih pretokov izkazala za uporabno v titrimetriji, je mogoče zaslediti le malo poročil, ki pišejo o avtomatskem pridobivanju in obdelavi kalibracijskih krivulj za spektrofotometrično ali elektroanalitsko determinacijo z uporabo kontinuirne pretočne analize. Večina teh poročil bazira na kalibracijskih procedurah, čeprav so večinoma predstavljeni kot sistemi za pretočne titracije [4]. V članku, ki so ga napisali Nathalie Dantan, Steffen K.,Wolfgang Frenzel in Stephen K. pa je Karl-Fischer titracijska metoda bila sprejeta za FIA metodo Principi pretočne injekcijske analizne tehnike Pretočna injekcijska analizna tehnika temelji na treh osnovnih principih in sicer: 1. ponovljivo injiciranje določenega segmenta vzorca v kontinuirni tok nosilnega elektrolita brez prekinitve pretoka nosilnega elektrolita, 2. kontrolirana in ponovljiva disperzija vzorca na poti od injektorja do detektorja in 3. natančno ponovljiv zadrževalni čas segmenta vzorca v analizatorju. Sistemi za ponovljiv vnos segmenta vzorca v kontinuirni tok nosilnega elektrolita (injektorji) so se z razvojem pretočnega injekcijskega analiznega sistema spreminjali. Glede na dejstvo, da pretočni injekcijski analizator deluje pod normalnimi tlaki, se je kot najugodnejši pokazal sistem z rotirajočim nastavkom, na katerem je injekcijska zanka. V položaju polnjenja je 5

8 rotirajoči nastavek obrnjen tako, da zanko polnimo z vzorcem. V položaju injiciranja pa nastavek obrnemo tako, da nosilni elektrolit izpere volumen vzorca iz zanke v sistem. Prednost takega injektorja je predvsem v relativno enostavnem spreminjanju volumna injiciranega vzorca (zamenjava dolžine injekcijske zanke). Rotirajoči nastavek lahko obrača v pozicijo injiciranja oziroma polnjenja tudi elektromotor. V takem primeru lahko delovanje injektorja popolnoma avtomatiziramo z mikroračunalnikom. Drugi pomemben faktor, ki bistveno vpliva na detektorski signal, je disperzija vzorca. Disperzija vzorca je praktično merilo za razredčitev merjene komponente v centru segmenta vzorca od injiciranja do detekcije vrha signala. Ružička in Hansen sta pojav disperzije v FIA sistemu izkoristila v različne analizne namene. Glede na intenzivnost disperzije vzorca sta razdelila vse postopke na postopke z omejeno disperzijo (1<D<3), srednjo (3<D<10) in veliko disperzijo (D>10). Sisteme z omejeno disperzijo sta uporabila za merjenje določenih komponent v vzorcu brez dodajanja reagentov (merjenje ph vrednosti), srednja disperzija nastopa pretežno v večini avtomatiziranih klasičnih analiznih postopkov (avtomatizacija spektrofotometričnih določitev), sisteme z veliko disperzijo pa sta uporabila za redčenje vzorcev [3]. Glede na dejstvo, da traja določitev posamezne komponente v pretočnem injekcijskem analiznem sistemu kratek čas (nekaj sekund do nekaj deset sekund), je intenziteta detektorskega signala v precejšnji meri odvisna od zadrževalnega časa vzorca v sistemu, saj v večini primerov reakcija med merjeno komponento in ustreznim reagentom ni popolna. Zato moramo reakcijski produkt meriti vedno v natančno istem časovnem zamiku po injiciranju oziroma po mešanju z reagenti. Zadrževalni čas vzorca v sistemu je odvisen od pretoka skozi analizator in je tako ponovljivost zadrževalnega časa odvisna od konstantnosti pretoka. Za vzdrževanje pretoka nosilnega elektrolita in ostalih reagentov se danes največ uporabljajo peristaltične črpalke. Avtorji članka, po katerem je seminarska naloga napisana so skušali ugotoviti in primerjati, katera metoda ( potenciometrična ali spektrofotometrična) je boljša za določbo vode po Karl- Fischer postopku, pod pogoji pretočno injekcijske analize, kar se tiče dinamičnega območja, občutljivosti metode, natančnosti, točnosti in meje zaznave obeh metod. 6

9 2. EKSPERIMENTALNI DEL [1] 2.1. Aparature Shematski pogled za osnovni pretočni sistem, uporabljen za spektrofotometrično in potenciometrično detekcijo je prikazan na sliki 1a in 1b. Večina meritev je narejenih z namensko narejeno FIA programsko opremo, ki vsebuje nizko pretočno večkanalno črpalko (tip IPS, Ismatec), na raztopine odporen šest potni injekcijski ventil (tip 50, Rheodnye), manifold narejen iz PTFE-cevi (notranji premer 0,5 mm) in KEL-F T-konektor. Odporne pretočne cevi so izključno namenjene za pretakanje nosilne tekočine in reagentov. Pri spektrofotometrični detekciji je bil uporabljen Milton Roy spektrofotometer (model Spectronic 501) z 1 cm dolgo pretočno (flow-through) celico z volumnom 18 µl. Rekorder na fotometru je bil povezan z računalnikom. Konfiguracija potenciometričnega detektorja pa je predstavljena na sliki 2. Sestavljena je iz dveh identičnih platinskih cevk dolžine 10 mm, zunanjega premera 0,7 mm in debeline stene 0,15 mm, ki sta stisnjeni z navadnim vijakom. Oba fitinga sta pritrjena z vijakom v KEL-F Y- vezni vijak (konektor), ki je posebno narejen, da nudi minimalno razdaljo (< 1 mm) med dvema platinskima cevkama. Posamično, platinski cevki služita kot delovna in referenčna elektroda v različnih potenciometričnih celicah. Tretji spoj v Y-delu pa je odprtina kamor gre skupen odpad. Končni signal iz spektrofotometrične in potenciometrične celice je skupno zapisan na stripchart rekorderju, kjer so meritve ovrednotene s signali, ti pa so določeni z višino vrhov. 7

10 Slika 1: Pretočni manifoldi za določitev vode z uporabo Karl-Fischer postopka s (a) spektrofotometrično in (b) potenciometrično detekcijo. C:nosilna tekočina (metanol); R 1 : razredčen Karl-Fischer reagent; R 2 : porabljen Karl-Fischer reagent; MC: mešalna kolona; S: odprtina za injiciranje vzorca. Slika 2: Popoln opis diferencialne potenciometrične detektorske celice. (1) Platinska indikatorska elektroda; (2) platinska referenčna elektroda; (3) prostor kjer poganjamo tekočino do strip-chart detektorja; (4) Kel-F ovira (block). 8

11 3. REZULTATI IN DISKUSIJA [1] Karl Fischer reakcija je od leta 1935 predmet mnogih znanstvenikov (kljub današnjim odrtim in spornim vprašanjem o pravilnem reakcijskem mehanizmu) in metoda je daleč na okoli zelo uspešno uporabljena za določbo vode v različni snoveh. Danes je prednostna oblika Karl Fischer reagenta, enokomponentna raztopina, ki so jo tudi uporabljali pri vsem predstavljenem delu. Pri običajnih volumetričnih titracijah je aktivni jod prilagojen glede na zahteve delovnega območja in kapljice reagenta dodajamo v vzorec toliko časa, dokler končna točka ni dosežena. Prilagoditev Karl Fischer metode, pretočno injekcijski analizi pa je značilno drugačna; pri tem majhne količine vzorca direktno injiciramo v KF reagent (eno linijski sistem) ali pa injiciramo vzorec v nosilno raztopino in se vse skupaj spoji z reagentno raztopino (dvo linijski sistem). V obeh primerih, reakcija poteka med potovanjem raztopine do detektorja, kjer se začne manjšati volumen joda. Zato je zelo pomembna optimizacija pretočno injekcijske metode in temu avtorji tega članka posvečajo veliko pozornosti ter poskušajo ugotoviti kar se da najboljše pogoje za pretočni sistem. V nasprotju z mnogimi drugimi avtorji, imajo sporazum za uporabo Karl Fischer metode pod pogoji pretočno injekcijske analize. Izbrali so dvo linijski sistem, ki ima prednosti, da je čisti vzorec (z neupoštevanjem injiciranega volumna) zmešan z isto količino KF reagenta. Poleg tega, dejansko koncentracijo KF reagenta, ki prihaja v kontakt z vzorcem lahko enostavno spremenimo s spreminjanjem pretočnega razmerja nosilne raztopine in reagenta. Obe metodi spektrofotometrična in potenciometrična sta uporabni in jih bom predstavila v tej seminarski nalogi Optimizacija FIA parametrov Glavni nestalni oziroma spremenljivi parameteri pri pretočno injekcijskem sistemu so pretočno razmerje med nosilno tekočino in reagentom, injiciran volumen in dimenzije reakcijske kolone, reakcijski čas in čas analize. Edini kritični parameter je dolžina reakcijske cevi. Minimalno 200 cm dolga reakcijska cev je nujno potrebna, da se izognemo prekomernemu Schlierenevemu efektu, na osnovi mešanja matanola s temno rjavim in lepljivim KF reagntom. Optimalni injiciran volumen pa je bil 20 µl. 9

12 3.2. Spektrofotometrična detekcija Spektrofotometrična metoda je redko uporabljena, za določitev končne točke pri Karl-Fischer titraciji. V različnih člankih so predstavljene različne valovne dolžine za spektrofotometrično detekcijo končne točke ( 525 nm, 550 nm, 620 nm in 625 nm). Ponavljajoč posnetek absorbančnega spektra, dobljen med titracijo KF reagenta z vodo je prikazan na sliki 3. Slika 3: Posnetek absorbančnega spektra, dobljen med titracijo KF reagenta z vodo. Krivulji a in b predstavljata čist, oziroma porabljem Karl Fischer reagent. Puščici pri 550 in 625 nm prikazujeta detekcijsko valovno dolžino, ki sta bili uporabljeni v tej študiji. Iz spektra je razviden širok maksimum absorbance v območju od nm, kjer je dosežena maksimalna občutljivost. Pri njihovem delu je bila uporabljena valovna dolžina pri 550 nm. Kakor hitro je bilo doseženo široko dinamično območje, so bile potrebne visoke koncentracije KF reagenta. Kakorkoli že potrebna je maksimalna koncentracija KF reagenta v pretočni kiveti, da dobimo zanesljive velikosti absorbance, ki so odvisne od dolžine optične poti, valovne dolžine detekcije in od kvalitete spektrofotometra. Z instrumentom je bila določena zgornja limita, ki je osnovna črta pri absorbanci 2.5 (dolžina optične poti je 1 cm). To pomeni, da so za spektrofotometrično detekcijsko metodo našli kompromis in da je potrebno KF-reagent razredčiti do določene minimalne vrednosti. Slika 4 prikazuje grafični potek umeritvene krivulje v območju od 0,02-2% vode in nestalne koncentracije KF-reagenta ( vse ostale variable so fiksirane, glej sliko 1). 10

13 slika 4: Umeritvene krivulje, dosežene z uporabo FIA in spektrofotometrične detekcije. Krivulje ( ); (x); ( ) in ( ) se ujemajo s pred-razredčitvenimi faktorji komercialnega KFreagenta, približno 6, in 7. Prave vrednosti absorbance z maksimalno višino so narisane z upoštevanjem osnovne črte. Metanol so vzeli kot referenčno raztopino. Očitno je, da je začetna strmina neodvisna od koncentracije Karl-Fischer reagenta, ampak dinamično območje raste s povečano koncentracijo KF-reagenta. Oster zlom vseh krivulj predstavlja končno točko titracije (situacija, ko je ves iodine v prisotnosti KF-reagenta porabljen). Širino dinamičnega območja in izboljšanje občutljivosti lahko dosežemo z zmanjšanjem oziroma povečanjem injiciranega volumna (glej sliko 5). 11

14 slika 5: Učinek vzorca od injiciranega volumna in detekcijske valovne dolžine za občutljivost in dinamično območje pri KF-metodi pod FIA pogoji. Kalibracijske krivulje so prikazane za (x) 20 µl/550 nm; ( ) 20 µl/625 nm; ( ) 5 µl/550 nm in ( ) 5 µl/625 nm. Druga pot za povečanje dinamičnega območja metode je izbira druge detekcijske valovne dolžine. Na primer pri valovni dolžini 625 nm moramo vzeti približno petkrat višje koncentracije KF-reagenta (še vedno obdržimo 10 mm kiveto), kar pa pripelje tudi do petkrat višjega dinamičnega območja. Kakorkoli že vse to velja tudi za občutljivost (glej sliko 5), natančnost in značilno zmanjšanje šuma osnovne črte, zaradi nezadostnega premešanja raztopin. Nosilno raztopino so naredili brez vode s pred-titracijo KF- reagenta, do točke, ki je šibko rumeno obarvana. Na osnovi vbrizga prozorne tekočine (uporabili so samo 35 µl volumna), se pojavi velik in reproducibilen signal, ki ustreza koncentraciji 0,008% vode in ga vrednotimo z metodo standardnega dodatka. Mejo zaznave metode lahko ocenjujemo pod 0,002% vode in jo lahko znižamo s povečanjem injiciranega volumna, vendar pri tako nizkih vrednostih je težko pripraviti zanesljive vodne standarde. Ponovljivost zaporednih injiciranih volumnov je v območju od 1-3% R.S.D. S primerjavo strmine umeritvene krivulje so ugotovili tudi dolg čas stabilnosti ( znotraj dneva in od dneva do dneva). Ponovna kalibracija po nekaj urah in celo po nekaj dnevih, ni pokazala nobenih signifikantnih sprememb, glede na strmino krivulje. Po tem, ko so izklopili instrument in ga po daljšem času vklopili, je bila vrednost strmine včasih malo drugačna, kar pa lahko prepisujemo šibki spremembi končne koncentracije KF-reagenta in spremembi pretočnega razmerja med nosilno tekočino in reagentom. 12

15 3.3. Potenciometrična detekcija Pri zero-current potenciometriji s platinsko indikatorsko elektrodo, je redoks potencial para I - /I 2 ocenjen z upoštevanjem referenčne elektrode. Avtorji tega članka so eksperimentalne rezultate dobili s pomočjo Cedergrens skupine, ki so pokazali, da je oblika titracijske krivulje določena z dvema ravnotežjema, kjer so udeleženi jod, jodid in trijodid. Pod pogoji pretočno analizne tehnike so vzeli eno- linijski manifold in kulometrično pripravljeni piridin, na osnovi KF-reagenta. Ugotovili so sigmoidno obliko kalibracijske krivulje, pri kateri je strmina odvisna od osnovne črte koncentracije joda. V predstavljeni nalogi, pa so potem vzeli oziroma delali z dvo-linijskim sistemom in komercialnim piridinom brez KF-reagenta in primerjali kvaliteto rezultata z eno- linijskim sistemom. Osnovna črta potenciala indikatorske celice (half- cell) je bila določena z razredčitvijo KF-reagenta (neznano razmerje joda do jodida), ki so ga črpali skozi platinsko cevko (slika 2). Referenčni potencial potenciometrične celice je bil stabiliziran s črpanjem porabljenega Karl Fischer reagenta, skozi drugo platinsko cevko. Slika 6A prikazuje grafični prikaz kalibracijskega signala, v koncentracijskem območju vode od 0,01-1%. Slika dokazuje visoko stabilnost osnovne črte in odlično reproducibilnost ponavljajočih se injiciranih volumnov ter hiter elekrodni odgovor oziroma odziv. Kalibracijski grafični potek nam daje slika 6B, ki prikazuje skoraj linearni odgovor višje od 0,1% vsebujoče vode, nelinearen odgovor pa v območju od 0,1-0,5% vode in skoraj konstanten potencial za višje deleže vode. Končna točka ni tako močno izrazita kot pri spektrofotometrični metodi, zato ker pri potenciometričnem načinu, signal detektorja vpliva na razmerje I 2 /I - rajši kot pa na koncentracijo brez joda. Analitične karakteristike, kot so natančnost, dolg čas stabilnosti, šum osnovne črte in meja zaznave, so pri potenciometrični metodi nekoliko boljše v primerjavi s spektrofotometrično varianto. 13

16 Slika 6: (A) Prikaz kalibracijskega signala z uporabo potenciometrične detekcije. Številke pomenijo vsebnost vode v %. (B) Kalibracijska krivulja v območju od 0,01-1% vode Avtomatizacija, ON- LINE monitoring in postopek kalibracije Sposobnost avtomatizacije v članku prepisujejo pretočno injekcijski analizi (FIA). Obe predlagani metodi (spektrofotometrična in potenciometrična), sta bili sprejeti za določbo vode, s pomočjo Karl Fischer reagenta in sta popolnoma pod računalniško kontrolo FIA instrumenta (TAS 2000). Ta sistem dovoli višje fleksibilno obdelovanje vseh operacijskih parametrov. Z uporabo kombinacije šest-pozicijskega selekcijskega ventila in skupnega rotacijskega ventila, je lahko zaporedno in ponavljajoče injiciranje standardov in vzorcev programirano po mili volji. Slika 7 prikazuje aparaturo za sekvenčno injekcijsko analizo (SIA) in šest-pozicijski ventil. 14

17 Glavna razlika med FIA in SIA je v tem, da pri FIA vzorec injiciramo v pretočni nosilec. Reagenti se zmešajo z vzorcem na poti do detektorja. SIA pa temelji na selekcijskem ventilu in zaporednim injiciranjem komponent. Slika 7: Sekvenčni injekcijski analizator (FIAlab-3500). Sestavljajo ga: spektrofotometricni detektor, dve črpalki (peristalticna, batna), šest-pozicijski ventil. Čas, ki je potreben za odgovor, ko injiciramo 20 µl raztopine je manjši kot 20 s, zadrževalni čas med dvema zaporednima injiciranima volumnoma pa je 30 s. Število kalibracij je odvisno oziroma se nanaša na zahtevano natančnost in obliko kalibracijske krivulje (tipično je tri in šest za linearni oz. nalinearni graf). Da se ohrani kvaliteta proizvoda skozi celoten postopek, je potrebno standarde večkrat injicirati ali pa ponovno kalibrirati in to je potrebno narediti v določenem časovnem intervalu. Komercialna uporaba vodnih standardov je koristna za praktično delo, vendar je potrebno stabilnost ves čas kontrolitati, še boljše pa je uporabiti kulometrični titracijski postopek. Skozi izkušnje so ugotovili, da je razredčene vodne standarde najboljše shranjevati v zaprtih steklenicah, kjer ostanejo nespremenljivi najmanj 1 dan. 15

18 3.5. Modificirana reverzna pretočno injekcijska analiza Tukaj gre za različne situacije on-line monitoringa, kjer je dejanska koncentracija analita manj pomembna, bolj pomembna pa je standardna deviacija od nominalne vrednosti. Ta tehnika je osnovana na substituciji oziroma nadomestitvi nosilne tekočine z vzorcem in zaporedno injiciranih standardov ali pa kontrolira vzorec z nenehnim pretokom vzorca. Osnovna črta signala predstavlja odgovor za vzorec in nato injicirane standarde odklanja od koncentracije vzorca pozitivno ali negativno. Primer je prikazan na sliki 7. Slika 7: Grafični prikaz, dosežen z reverzno modificirano pretočno injekcijsko tehniko. Prikazano je injiciranje vodnih standardov v območju od 0-0,5% v iskani vzorec, ki vsebuje 0,1% vode v metanolu. Injicirani volumen standardnih raztopin je bil 50 µl. Od pozitivnih in negativnih vrhov so dobili injicirane standarde, ki vsebujejo 0,05-0,25% vode. V območju 0,1% ni signalov, kar je jasen dokaz, da vzorec vsebuje iste količine vode. 16

19 4. ZAKLJUČEK Pretočna injekcijska analiza za določanje vode je koristna pri spektrofotometrični in potenciometrični detekciji. Ti dve metodi sta bili odkriti in med sabo primerjani z njihovimi karakteristikami. Lahko rečemo, da sta obe metodi natančni in točni v koncentracijskem območju od 0,01-5% vode. Ponovljivost je boljša od 3% R.S.D. skozi celotno koncentracijsko območje. Dinamično območje se spreminja s spremembo injiciranega volumna, z različnimi valovnimi dolžinami in s spreminjanjem koncentracije Karl Fischer reagenta. Nova potenciometrična pretočna celica, ki je poceni in jo je enostavno napraviti je boljša izbira kot spektrofotometrična detekcija, zaradi stabilnosti reakcije in odlične osnovne črte. Izbrani metodi so avtomatizirali s smiselno FIA instrumentacijo, ki je uporabna za on-line monitoring. Določena je bila tudi uporaba modificirane reverzne FIA, ki je osnovana na zaporednem injiciranju standardov v nenehno poganjajoč vzorčni tok ( sample stream). 17

20 6. LITERATURA [1] N. Dantan, S. Kroning, W. Frenzel, S. Kuppers, Comparison of spectrophotometric and potentiometric detection for determination of water using Karl Fischer method under flow injection analysis conditions, Anal. Chim. Acta 420 (2000) [2] D. Gorenc, M. Čuk, L. Kosta, M. Strlič, Vaje iz analizne kemije kvantitativni del, Ljubljana 2002, [3] J. Ruzicka, E.H. Hansen, Flow injection Analysis, 2nd Edition, Wiley, New York, [4] I. López-García, P. VinVas, M. Hernández-Córdoba, Analytica Chimica Acta 327 (1996) 83-93; 18