Analyysimenetelmät kouluopetuksessa: Spektrofotometri. FM Marja Happonen Kemian opetuksen keskus Kemian laitos Helsingin yliopisto

Transkriptio

1 Analyysimenetelmät kouluopetuksessa: Spektrofotometri FM Marja Happonen Kemian opetuksen keskus Kemian laitos Helsingin yliopisto

2 Mi;ausautomaa<o teollisuudessa Apuna laadunvalvonnassa ja tuo;eiden turvallisuudessa Mukana tutkimuksessa ja tuote/ prosessikehi;elyssä. Mi;ausautomaa<olai;eita ovat laboratorioista tai prosessista löytyvät mi;auslai;eet, jotka mi;aavat jotakin mita;avissa olevaa ominaisuu;a. inline- mi;arit, jotka seuraavat prosessia sen kestäessä. Laboratorion mi;auskalusto

3 Mi;ausautomaa<olai;eita ovat esim. AutomaaG<traa;orit Refraktometrit AutomaaG<slaimet Spektrofotometrit IR- lai;eet, NIR- lai;eet Neste- ja kaasukromatografit Lämpö<lami;arit Sulamispistemi;arit Höyrynpainemi;arit PCR- lai;eet Erilaiset verianalyysi lai;eistot Painemi;arit Nesteen <heysmi;arit Sameusmi;arit Happi- yms.kaasupitoisuusmi;arit Nesteen juoksevuusmi;arit yms. automaa<olai;eet, jokaiseen tutki;avaan ominaisuuteen yleensä kehitetään jokin laite

4 Happianturi Titraa;ori Spektrofotometri Sameusmi;ari Ionimi;ari ph- antureita Monipuoliset kanne;avat mi;ausanturit Valmiit kalibroin<liuokset

5 Mi;ausautomaa<o teollisuudessa Mi;ausautomaa<o on teollisuuden laadunvalvonta prosesseissa usein ensisijainen keino analysoida näy;eitä Hyödyt teollisuuden analyyseihin: Nopea (tulos yleensä 1-10min/näyte) Helppokäy;öinen (valitse oikea ohjelma ja enter, kone antaa tulokset) Luote;ava Tarkka (ei eri mi;aajien välisiä tuloseroja) Mahdollisuus käsitellä useampia näy;eitä yhtä aikaa tai sarjoissa. Mahdollisuus käsitellä muita näy;eitä analyysin aikana (vapau;aa ihmisen tekemään muuta analyysin ajaksi) Mahdollisuus tutkia näyte nopeas< monella eri menetelmällä

6 Mi;ausautomaa<o teollisuudessa ja kouluissa vaa<i: Tarkkuus ja luote-avuus: lai;eet tulee kalibroida säännöllisin väliajoin, useimmat lai;eet vähintään kerran vuorokaudessa. Puhdistus: Lai;eet toimivat vain, jos ne on puhdiste;u niihin kertyvästä liasta säännöllises<. Huolto: Lai;eet tulee huoltaa säännöllises< ja niiden huollosta on oltava tarkka dokumentoin<. Koulutus: Lai;eiden käy;äjien tulee <etää mihin lai;een toiminta perustuu ja virheellisiä tuloksia on osa;ava arvioida virheen korjaamiseksi ja lai;een saa;amiseksi toiminta kuntoon, Myös huollon numero voi olla tarpeen.

7 Spektrofotometrin käy;ökohteet Apuna laadunvalvonnassa ja tuo;eiden turvallisuudessa Mukana tutkimuksessa ja tuote/ prosessikehi;elyssä. laboratorioista tai prosessista löytyvät mi;auslai;eet: inline- mi;arit, jotka seuraavat prosessia sen kestäessä. Laboratorion mi;auskalusto

8 Spektofotometrin tutkimuskohteet Käytetään kvan<ta<iviseen määritykseen biologiassa mm. proteiini ja nukleiinihappo pitoisuuksien määri;ämiseen Happo ja lisäainepitoisuuksien tutkimista Lääkeaineiden pitoisuuksia Lisä;yjen tai luonnollisten väriaineiden pitoisuudet Metallien pitoisuuksia yms.

9 Spektrofotometrian aallonpituudet Kuvan lähde: Väri Aallonpituus nanometriä (nm) Taajuus THz violeg ~ nm ~ THz sininen ~ nm ~ THz syaani ~ nm ~ THz vihreä ~ nm ~ THz keltainen ~ nm ~ THz oranssi ~ nm ~ THz punainen ~ nm ~ THz

10 Näkyvän valon aallonpituus (λ) on n nm sininen valonsäde λ 400nm vihreä valonsäde λ 500nm keltainen valonsäde λ 600nm

11 Värit ja vastavärit fysiikan mukaises<: Yhdiste;ynä väriaineista muodostuu keskelle musta. Värivalojen yhdistäminen tuo;aa keskelle valkoisen valon.

12 1. esimerkki: Aineet absorboivat valoa

13

14 2. esimerkki:

15 Why is concentra:on propor:onal to absorbance? ABS = - log (I/I 0 ) I 0 I 1 I 2 I 3 So if the light goes through the first cuve;e it is reduced by 10 %, and I 1 is 90% of I 0. The light then goes through the second cuve;e and is once again reduced 10 %, so I 2 is 81% of I 0. Then the light goes through the third cuve;e and is reduced 10 % and the intensity of light is only 73,1 % and so on So when light goes through more blue colored liquid it absorbes more of the I, but in a series which can be seen as logarithmic func<on. ABS = - log (I/I 0 )

16 Let s look at the Func<on: ABS = - log (I/I 0 ) Logarithms of numbers between 1 and zero are beau:ful. I/I 0 is always below 1 (because the intensity wont grow when it goes through the sample 1=100%) and above 0 (because you can t measure 0 intensity reliably anymore: 0/I 0 = nothing gets through) Logarithm of 0,01 is - 2, So the absorbance is 2 and that means that only 1 % of the light gets through the sample and this is pre;y hard to measure in precise. Logarithm of 0,001 is - 3, so the absorbance is 3 and that means that only 0,1 % of the light gets through the sample and this is truly hard to measure (a huge challenge and really a <me to go to other analy<cal devices to measure in precise.) How many % of the light gets through? I/I 0 log (I/I 0 ) ABS ,9-0,046 0, ,7-0,155 0, ,5-0,301 0, ,2-0,699 0, , ,05-1,301 1, , ,1 0,

17

18 Tarkkuus ja luote;avuus Standardiliuosten tekeminen on kaikista tarkin vaihe. Aine;a tulee punnita oikea määrä, ja liuotuksessa ja reak<oissa muita aineita tulee olla oikeassa suhteessa. Kompleksien muodostuksessa on tärkeää, e;ä kopleksin ei mita;avaa osaa on ylimäärin. Kalibraa<osuoralle vaaditaan useita pisteitä, jo;a tulos olisi luote;ava. Teollisuudessä käytetään yleensä 5-7 kalibraa<opiste;ä. Kouluopetuksessa voidaan käy;ää 2-3 kalibraa<opiste;ä (,mu;a kahdella pisteellä mita;aessa on virheen suurikon mahdollisuus tunnuste;ava ja ote;ava huomioon tulosten analysoimisessa.)

19 Työohjeita Värien absorbanssit Kuparipitoisuuden määritys naulasta Aspiriinipitoisuuden määritys (table<sta tai itse valmistetusta) Väriainepitoisuus virvoitusjuomasta, reagenssista tms.

20 Kemianluokka Gadolin (Työohjeita ja nämä kalvot) Marja Happonen: Tutustu myös: Kemian opetuksen keskus, Helsingin yliopisto Valtakunnallinen LUMA- keskus h;p://

21 Kalvot ja työohjeita kootus<: KOP:sta ju;u, jonka lii;eeksi laitan kalvot ja työohjeita