V2/5: AAS V2/6: AES. Bestimmung von Mangan mittels Atomabsorptionsspektroskopie. Atomemessissionsspektroskopie

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1 Versuchsprotokoll Grundpraktikum Analytische Chemie WS 09/10 V2/5: AAS Bestimmung von Mangan mittels Atomabsorptionsspektroskopie V2/6: AES Atomemessissionsspektroskopie Versuchsdurchführung: Protokollabgabe: durchgeführt von: Sven Otto

2 Inhaltsverzeichnis 1. Theoretische Grundlagen Atomabsorptionsspektroskopie - AAS Lampen Atomisator Monochromator Detektor Spezielle Probenzuführungstechniken Atomemissionspektroskopie - AES Störungen Untergrundkorrektur Untergrundkorrektur durch Kontinumsstrahler Untergrundkorrektur durch Zeemann-Eekt I. V 2/5 - AAS 9 2. Durchführung Chemikalien Versuchsdurchführung Auswertung Messwerte Berechnung des Mangan-Gehalts II. V 2/6 AES Durchführung Chemikalien Überprüfung von chemischen und physikalischen Störungen Überprüfung der Wirkung eines Ionisationspuer Bestimmung von Kalium in Speisesalz Auswertung Meswerte Überprüfung von chemischen und physikalischen Störungen Überprüfung der Wirkung eines Ionisationspuer Berechnung des Kalium-Gehalts in Speisesalz mittels Standardaddition mittels externer Kalibrierung Vergleich der Methoden III. Anhang 19

3 1. Theoretische Grundlagen Sowohl die Atomabsorptionsspektroskopie als auch die Atomemissionsspektroskopie basieren auf der Eigenschaft von Atomen elektromagnetische Energie denierter Wellenlängen zu absorbieren (AAS) und wieder zu emitieren (AES). Ein Atom kann durch verschiedene Vorgänge in einen elektronisch angeregten Zustand versetzt werden. Interessant für die Versuche 2/5 und 2/6 sind hierbei die Anregung durch die Absorption von Licht und die Anregung durch thermische Energie Atomabsorptionsspektroskopie - AAS In der AAS wird die atomisierte Probe mit Strahlung bestrahlt und aus der Wellenlänge und der Extinktion qualitative und quantitative Infomationen über den Analyten gewonnen. Da jedes Element bei für es charakteristischen Wellenlängen absorbiert kann hieraus ermittelt werden um welches Element es sich in der Probe handelt. Die Extinktion E ist ein Maÿ für die Stärke der Absorption und gibt Aufschluss über die Menge des Analyten, sie wird durch das Lambert-Beer'sche Gesetz bestimmt: ( ) I0 E = log = ɛ c d (1) I Dabei ist I 0 die Intensität der Strahlung vor Passieren der Probe und I jene dannach. ɛ ist der molare Extinktionskoezient, d die Schichtdicke und c schlieÿlich die Analytkonzentration. In der AAS wird von einer Lampe Strahlung ausgesendet, welches durch die atomisierte Probe gleitet wird dort teilweise von den Atomen absobiert und dannach mittels eines Monochromators auf die interessirende Wellenlänge reduziert, bevor es auf einen Detektor (Photodiodenarrays oder Photomutiplier) trit. Das Absorptionssignal in der Form eines Peaks wird aufgezeichnet und ausgewertet. Idealerweise erwartet man sehr feine diskrete Linien am Detektor, allerdings können diese durch verchiedene Eekte verbreitert werden: Die natürliche Linienbreite kommt durch die Heisenberg'sche Unschärferelation zustande. Danach ist das Produkt der Energieunschärfe und der Relaxationsszeit konstant: E t = /2 Die Dopplerverbreiterung kommt durch den Dopplereekt zustande, durch welchen die Wellenlängen von sich auf den Detektor zubewegenden Atomen gestaucht und jene sich von ihm wegbewegende gestreckt werden. Bedingt durch die hohe Temperatur im Atomisator kommt es zu beträchtlicher Bewegung der Teilchen (Maxwell'sche- Geschwindigkeitsverteilung). Dieser Eekt ist direkt temperaturabhängig. Die Stoÿverbreiterung entsteht durch unelastische Stöÿe zwischen den Atomen wodurch Anregungsenergie teilweise übertragen werden kann und geringe Änderungen in den Energieniveaus entstehen können. Bei höheren Druck wirkt sich dieser Eekt stärker aus, da es dann auch mehr Stöÿe gibt. 3

4 Die Selbstabsorption geschieht schon in der Hohlkathodenlampe (siehe Lampen). Wenn sich Teile der Atomwolke in der Lampe durch Diusion von der Kathode entfernen können sie das von der Lampe selbst ausgestrahlte Licht wieder absorbieren, da sie kälter sind als die Atome an der Kathode ist diese Absorptionslinie schmaler als die Emission der Lampe (siehe Dopplerverbreiterung) Um die Dopplerverbreiterung möglichst gering zu halten und um die thermische Anregung und die damit einhergehende Emission zu veringern wird in der AAS mit möglichst niedrigen Temperaturen gearbeitet, die gerade noch zum Atomisieren ausreichen. Auch werden bevorzugt jene Elemente in der AAS analysiert, welche eine hohe Anregungsenergie besitzen um die thermische Anregung weiter zu vermindern Lampen In der Regel werden für die AAS sogenannte Hohlkathodenlampen (HKL) verwendet, welche nur die Wellenlengen des interessirenden Elements aussenden. Diese sind mit einem Unterdruck an Inertgas (z. B. Argon) gefüllte Lampen, welche eine aus dem Element bestehende Hohlkatohode besitzen. Im Betrieb werden nun die Edelgasatome an der Anode ionisiert und dann durch das elektrische Feld auf die Kathode beschleunigt. Dort schlagen sie Atome des Elements heraus, die durch Stöÿe angergt werden können und dann Strahlung ihrer spezischen Übergangswellenlängen emitieren. Am Ende der HKL bendet sich wegen der besseren Durchlässigkeit im UV-Bereich ein Quarzfenster. Um leichtüchtige Elemente zu analysieren, welche sich nicht als Kathodenmaterial eignen werden elektrodenlose Lampen (EDL - electrodeless discharge lamp) verwendet. Hier geschieht die Anregung durch eine induktiv gekoppelte Entladung. Dafür ist das Element in einem Quarzkolben unter einem Füllgasdruck von 10 mbar eingeschmolzen. Es gibt auch die Möglichkeit mit einem Kontinuumsstrahler, wie der Deuteriumlampe zu arbeiten. Diese benutzt Deuterium als Entladungsgas in einem Quarzkolben. Zwischen einer Wolframanode und einer Kathode wird eine Spannung angelegt und die ausgetretenen, auf die Kathode beschleunigten Elektronen können mit den D 2 -Molekülen stoÿen. Dabei werden die Moleküle angeregt und zerfallen in zwei Deuteriumatome unter Strahlungemission: D 2 + E e D 2 D + D + hν (2) Die verbleibende Energie kann völlig kontinuierlich auf die beiden resultiernden Deuteriumatome verteilt sein, somit entsteht ein kontinuierliches Spektrum. Vorteil von Kontinuumsstrahlern ist, dass sie nicht elementspezisch arbeiten und so mit nur einer Lampe eine ganze Reihe von Elementen analysiert werden kann. Allerdings ist die Empndlichkeit geringer und es werden sehr hochauösende Monochromatoren benötigt um die AAS mit einem Kontinuumsstrahler zu betreiben. 4

5 Atomisator Um Atomspektroskopie betreiben zu können muss die Probe atomisiert werden, damit die Elemente möglichst frei von Matrixeinüssen sind. Dies geschieht in der Regel durch thermische Energie wie in der GF-AAS oder der in den Versuchen verwendeten Flammenatomisator, in dem eine Brenngasamme die Probe atomisiert. Bei der Flammen-AAS kommen als Brenngas langsam, aber sehr heiÿ brennende Gasgemische zum Einsatz, die möglichst wenig Licht absorbieren und emitieren um die Messung nicht zu stören. So wurde im Versuch ein mit etwa 1800 C brennendes Luft/Acetylen(C 2 H 2 )-Gemisch verwendet. Für höhere Temperaturen verwendet man Lachgas (NO 2 )/Acetylen-Gemische, sodass sich auch schwer üchtige Analyten zu atomisieren lassen. In der GF-AAS wird anstatt der Flamme ein durch elektrischen Storm beheiztes Graphitrohr verwendet, wodurch die Temperatur sehr spezisch gesteuert werden kann. Dieses Verfahren erlaubt eine um 2-3 Gröÿenordnung kleinere Nachweisgrenze als bei der FAAS, da keine Verdünnung durch die Brenngase erfolgt, die Atomwolke dichter ist und die Atome sich länger im Absorptionsvolumen aufhalten Monochromator Der Monochromator spaltet das Licht auf und lässt nur die Wellenlänge durch, die gemessen werden soll, um so Sörungen zu verrignern. Nachdem das Licht durch einen Spalt (B in Abbildung 1) in den Monochromator gelangt ist wird am Kollimator (C) durch einen Hohlspiegel ein pralelles Strahlenbündel erzeugt. Dieses wird an einem Prisma oder Gitter (D) in die verschiedenen Wellenlängen zerlegt und über einen weiteren Hohlspiegel (E) zum Ausgangspalt (F ) geleitet. Abbildung 1: Schematischer Aufbau eines Monochromators (aus [3]) 5

6 Detektor In der AAS werden in den meisten Fällen hochempndliche Photomultiplier verwendet. Die zu messenden Photonen treen auf eine Photokathode und schlagen dort Elektronen heraus (Photoeekt), diese werden in einem elektrischen Feld beschleunigt und treen nacheinenander auf eine Reihe von Dynoden. Aus diesen werden dadurch wiederum Elektronen herausgeschlagen und so das Signal kaskadenartig verstärkt bis es auf die Anode trit und einen Spannungsabfall über einen Wiederstand erzeugt. Dies stellt dann das Messsignal dar. Abbildung 2: Schematischer Aufbau eines Photomultiplier (aus [3]) Spezielle Probenzuführungstechniken Neben dem Zerstäuben gibt es noch andere Möglichkeien die Proben in den Atomisator zu überführen mit teilweise erheblichen Verbesserungen der Nachweisgrenze: Die Kaltdampftechnik dient ausschlieÿlich zur Analyse von Quecksilber. Zunächst wird elementares Quecksilber durch Redukionsmittel in der Probelösung gebildet. Aufgrund des hohen Dampfdrucks von Quecksilber lässt sich Quecksilberdampf durch eine Gasstrom austreiben und auf einem Goldnetz als Amalgan abgeschieden. Dieses wird auf ca. 600 C aufgeheitzt und das verdampfte Quecksilber in ein Absorptionsvolumen eigebracht. Die Nachweisgrenze wird damit auf ein Nanogramm abgesenkt. Bei der Hydridtechnik werden aus Elementen deren Hydride üchtig sind ( As, Bi, Ge, P b, Sb, Se, Sn, T e... ), zusmammen mit naszierenden Wassersto die entsprechenden Hydride gebildet und wieder mit einem Inertgasstrom ausgetrieben. Im Atomisator zerfallen die Hydride durch die Hitze wieder und das Element ist als Gas fein verteilt. Das verbesserte Nachweisvermögen dieser beiden Techniken ist darauf zurückzuführen, dass die Elemente so vollständig aus ihrer Probenmatrix gelöst werden. 6

7 1.2. Atomemissionspektroskopie - AES Die AES ist vom Aufbau der AAS sehr ähnlich, sodass beide Spektroskopiemethoden in einem Gerät erfolgen können. Einzig fällt hier die Strahlungsquelle weg. Die Atome werden thermisch im Atomisator angeregt und emittieren dann beim Zurückfallen in den Grundzustand (oder weniger angeregte Zustände) ihre charakteristische Strahlung, welche wieder durch den Monochromator gesendet wird und auf den Detektor trit. Die Einüsse der Linienverbreiterung sind die selben wie bei der AAS, auÿer dass logischerweise die Selbstabsorption wegfällt. Die AES wird in der Regel verwendet um Elemente zu analysieren, die sich leicht anregen lassen (wie Alkali- und Erdalkalimetalle) um nicht allzu hohe Temperaturen verwenden zu müssen (Dopplerverbreiterung) Störungen Sowohl in der AAS als auch in der AES können verschiedene Störungen (Interferenzen) auftreten. Dazu wird zwischen additiven Interferenzen (unabhängig vom Analyten) und solchen, die den Analyten beeinussen. Additive Interferenzen entstehen beispielsweise durch Absorption bzw. Emmission von Partikeln die in der Flamme gebildet wurden. Störungen, die den Analyten beeinussen sind: physikalische Interferenzen, diese kommen z. B. durch die Wahl des Lösungsmittels zustande, da sich so die physikalischen Eigenschaften der Probelösung und auch die Flammentemperatur verändern können. chemische Interferenzen sind beispielsweise in schwerzersetzbaren Verbindungen begründet. Da hier der Analyt nur teilweise atomisert wird, wird eine kleinere Konzentration gemessen. Verhindert kann dies zum einen durch eine höhere Atomisationstemperatur (heiÿere Flamme bzw stärkerer Strom durch Graphitrohr) und zum anderen durch Zugabe eines releasing agent, einem Reagenz, welches die unerwünschte Verbindung auöst. Ionisationsinterferenzen entstehen vor allem bei Elementen mit niedriger Ionisierungsenergie. Wenn die Atome im Atomisator direkt ionisiert werden gibt es keine Atomspektren mehr, da Ionen aufgrund ihrer Ladung andere Anregungsenerigen haben als ihre Atome. Dies tritt vor allem bei der AES auf, da hier leicht ionisierbare Elemente untersucht werden. Um die Ionisation zu verringern wird ein Element zugegeben, welches sich noch leichter ionisieren lässt, sodass die der Atomisator elektronenreich ist und das Ionisationsgleichgewicht des Analyten wieder zur nicht ionisierten Spezies verschoben wird. Me Me n+ + n e (3) 7

8 1.4. Untergrundkorrektur Im Deteketor kommt nicht nur das Strahlung des Analyten an sondern auch Strahlung aus unspezischer Absorption und Steuung, der Untergrund. Um die Verfälschung des Messergebnis durch den Untergrund zu vermeiden wird die Untergrundkorrektur durchgeführt. Prinzipiell funktionieren die Methoden der Korrektur ähnlich, es wird einmal die spezische Absorption des Analyten zusammen mit dem Untergrund und einmal nur der Untergrund gemessen um aus der Dierenz das Analytsignal zu erhalten Untergrundkorrektur durch Kontinumsstrahler Hierbei wird abwechselnd das Licht der Elementlampe (HKL oder EDL) und das eines Kontinuumsstrahler durch den Atomisator geleitet. Wichtig ist dabei, dass der Spalt des Monochromators so groÿ eingestellt ist, dass im Absorptionsspektrum des Kontinuumsstrahlers die Absorption des Analyten vernachlässigbar wird und so direkt der Untergrund gemessen werden kann. Aus der Dierenz der beiden Signale ergibt sich so die tatsächliche Peakhöhe ohne Untergrund Untergrundkorrektur durch Zeemann-Eekt Dazu wird der Zeemann-Eekt ausgenutzt. Wenn am Atomisator ein starkes Magnetfeld ( 1 T ) angelgt ist, so werden die Energieniveaus durch Ausrichtung der Elektronenspins leicht aufgespalten, sodass polarisiertes Strahlung nicht mehr absorbiert wird. Beim Einschalten des Magnetfeldes wird also nur noch der Untergrund aufgenommen und bei ausgeschaltetem Feld Analyt und Untergrund. 8

9 Teil I. V 2/5 - AAS 2. Durchführung 2.1. Chemikalien 100 mg /L Mn-Standardlösung 2.2. Versuchsdurchführung Die ausgegebene Probelösung wurde im 50 ml Messkolben mit MilliQ-Wasser aufgefüllt und jeweils 1 ml entnommen und mit 0, 50, 100 und 150 µl der Standard Lösung verstzt. Die vier Lösungen wurden auf 10 ml aufgefüllt und nach Aufnahme eines Blindwertes nacheinander im F-AAS bei einer Wellenlänge von 279, 5 nm und einer Spaltbreite von 0, 2 mm zweimal vermessen (einmal mit etwas heiÿerer Flamme). 3. Auswertung 3.1. Messwerte Tabelle 1: Extinktionen bei kälterer Flamme m Mn µg E σ(e) 0 0,018 0,9 % 5 0,030 0,9 % 10 0,042 0,5 % 15 0,055 0,4 % Tabelle 2: Extinktionen bei heiÿerer Flamme m Mn µg E σ(e) 0 0,0308 0,3 % 5 0,046 0,6 % 10 0,065 0,8 % 15 0,084 0,3 % 9

10 3.2. Berechnung des Mangan-Gehalts Die Messdaten aus den Tabellen 1 und 2 wurden in Origin aufgtragen und entsprechnde Regressionsgeraden erstellt: Abbildung 3: Standardaddition bei kalter Flamme mit Regressionsgeraden Abbildung 4: Standardaddition bei heiÿer Flamme mit Regressionsgeraden 10

11 Origin liefert folgende Regressionsgeraden: kalt: E = 0, µg 1 m Mn + 0, mit R 2 = 0, 9995 (4) heiÿ: E = 0, µg 1 m Mn + 0, mit R 2 = 0, 9984 (5) Um die in der Analyselösung enthaltene Masse zu bestimmen muss der Schnitt mit der Abszisse (E = 0) berechnet werden: kalt: m Mn = 0, , µg 1 = 7, 298 µg (6) heiÿ: m Mn = 0, , µg 1 = 8, 367 µg (7) Unter Beachtung des Aliquoten ( 1 ml /50 ml) ergibt sich so die in der Probe enthaltene Gesammtmasse an Mangan: kalt: m Mn = 50 m Mn = 364, 90 µg (8) heiÿ: m Mn = 50 m Mn = 418, 35 µg (9) Somit liefern die beiden Flammentemperaturen zwei unterschiedliche Ergebnisse. Die höhere Temeratur könnte für eine verstärkte Emission der Mangan-Atome verantwortlich sein, dies würde die gröÿere Masse bei der Messung mit der heiÿeren Flamme erklären. Jedoch könnten bei der kälteren Flamme auch die nicht alle Mangan-Atome atomisiert worden sein, somit wäre dieser Wert, wie auch zu beobachten zu klein. 11

12 Teil II. V 2/6 AES In diesem Versuch sollten die in der Theorie aufgeführten Störungen durch physikalische, chemische und Ionisationsinterferenzen untersucht und diskutiert werden. 4. Durchführung 4.1. Chemikalien 1 g /L Ca 2+ -Lösung R: 15 S: (2)-8-24/ mmol /L H 3 P O 4 R: 34 S: (1/2) g /L Sr 2+ -Lösung R: 15 S: 8-24/25-43 Ethanol C 2 H 5 OH R: 11 S: (2) mg /L K + -Lösung R: 14/15-34 S: (1/2) g /L CsBr-Lösung R: 36/37/38 S: Speisesalz verd. HCl R: S: (1/2) mg /L K + -Standardlösung R: 14/15-34 S: (1/2)

13 4.2. Überprüfung von chemischen und physikalischen Störungen bei der Messung von Calcium mittels Flammen-AES Es wurden vier Proben im 100 ml Messkolben angesetzt. Dazu wurde zu je 0, 4 ml die in Tabelle 3 aufgeführten Kompnenten zugegeben und der Kolben aufgefüllt. Die Proben wurden mittels Flammen-AES in der Luft/Acetylen-Flamme bei 422, 7 nm und einer Spaltbreite von 1, 0 nm vermessen Überprüfung der Wirkung eines Ionisationspuer bei der Messung von Kalium mittels Flammen-AAS Es wurden sechs Proben mit jeweils 2 ml der K + -Lösung und verschiedenen Volumina (0, 2, 4, 10, 20 und 30 ml) der CsBr-Lösung angesetzt. Die Proben wurden bei 766, 5 nm und einer Spaltbreite von 1, 0 nm gemessen Bestimmung von Kalium in Speisesalz mittles Flammen-AES Vom zu untersuchenden Speisesalz wurden 1, 3507 g eingewogen und in etwas Reinstwasser gelöst, zum Auösen eventueller Carbonate wurden wurden noch einige Tropfen verd. HCl zugegeben und der 100 ml Messkolben mit Reinstwasser aufgefüllt. Für die Standardaddition wurden viermal je 500 µl der Probelösung in graduierte Kunststoschraubgläser gegeben, mit unterschiedlichen Volumina (0, 30, 60, und 90 µl) einer 50 mg /L K + -Lösung versetzt und schlieÿlich auf 10 ml aufgefüllt. Anschlieÿend vermaaÿ man die Probe bei 766, 5 nm mit einer Spaltbreite von 1, 0 nm. Zur externen Kalibrierung wurden acht Proben mit 25, 50, 75, 100, 150, 200, 500 und 1000 µl der Kaliumlösung angesetzt und nach Nullabgleich mit Reinstwasser in aufsteigender Reihenfolge vermessen. Nach erneuter Kontrolle des Blindwertes wurde auch die Probe vermessen. 5. Auswertung 5.1. Meswerte Tabelle 3: Intensitäten bei der Überprüfung der physikalischen und chemischen Störungen Probe V Ca 2+ ml V H3 P O 4 ml V Sr 2+ ml V Ethanol ml I σ(i) 1 0, ,301 1,5 % 2 0, ,161 0,9 % 3 0, ,241 0,5 % 4 0, ,417 1,6 % 13

14 Tabelle 4: Intensitäten bei der Überprüfung der Wirkung des Ionisationspuers m CsBr mg I σ(i) 0,0 0,380 0,4 % 0,2 0,587 0,7 % 0,4 0,643 0,8 % 1,0 0,829 0,3 % 2,0 0,890 0,6 % 3,0 0,943 0,3 % Tabelle 5: Intensitäten bei der Bestimmung des K + -Gehalts mittels Standardaddition c K + /µg I σ(i) - 0,388 0,2 % 1,5 0,583 0,9 % 3,0 0,809 0,8 % 4,5 0,967 0,4 % Tabelle 6: Intensitäten bei der Bestimmung des K + -Gehalts mittels externer Kalibrierung m K + /µg I σ(i) 1,25 0,014 1,4 % 2,50 0,029 3,5 % 3,75 0,045 0,5 % 5,00 0,064 0,8 % 7,50 0,103 0,0 % 10,00 0,150 0,8 % 25,00 0,413 0,6 % 50,00 0,921 0,4 % - 0,093 0,5 % 14

15 5.2. Überprüfung von chemischen und physikalischen Störungen bei der Messung von Calcium mittels Flammen-AES In Tabelle 3 sind die erhaltenen Intensitäten aufgeführt, diese sollen hier besprochen werden. Die Probe ohne Zusätze emittierte mit einer Intensität von 0,301. Die Probe mit dem Zusatz an H 3 P O 4 zeigte eine Intensität von nur 0,161. Dies lässt sich leicht durch die Bildung des schwer zu zersetztenden Ca 3 (P O 4 ) 2 erklären: 3 Ca P O 3 4 Ca 3 (P O 4 ) 2 (10) Somit sind weniger Calciumatome frei im Atomisator und dementsprechend ist die emitierte Lichtintensität geringer. Es handelt sich hierbei um eine chemische Störung. Bei Zugabe von H 3 P O 4 und 20 ml Sr 2+ -Lösung ist die Intensität mit 0,241 wieder etwas höher. Dies kommt dadurch zustande, dass die Strontiumlösung ebenfalls eine stabile Verbindung mit dem Phospaht eingehen kann : Ca 3 (P O 4 ) Sr 2+ Sr 3 (P O 4 ) Ca 2+ (11) So benden sich im Vergleich zur Probe vorher mehr freie Calciumatome im Atomisator und die Intensität steigt an. Die mit Ethanol versetzte Probe weist eine Intensität von 0,417 auf. Dies erlkärt sich mit der durch die Ethanolzugabe bedingten höheren Flammentemperatur. Durch die höhere Temperatur ist die Anregung stärker und somit auch die Lichtintensität. Dies ist eine physikalische Störung. 15

16 5.3. Überprüfung der Wirkung eines Ionisationspuer bei der Messung von Kalium mittels Flammen-AAS Das Emissionssignal wurde gegen die zugegebene Menge CsBr in Abbildung 5 aufgetragen. Abbildung 5: Intensitäten von Kalium bei CsBr Zugabe Hierbei ist zu beobachten, dass mit immer gröÿerer Zugabe an CsBr die Intensität einem Maximalwert zuzustreben scheint. Die ist in der Fähigkeit des Ionisationspuers begründet, die Ionisation des Kalium zu verhindern, indem er selbst ionisert wird und so die Elektronendichte im Atomisator steigt. Somit werden bei steigender Puermenge immer weniger Kaliumionen gebildet bis fast keine mehr entstehen und die maximale Intensität erreicht wird. Dies wird jedoch nie geschehen, sodass immer ein kleiner Fehler übrig bleibt. 16

17 5.4. Berechnung des Kalium-Gehalts in Speisesalz mittels Standardaddition In Tabelle 5 aufgeführten Werte wurden mittels Origin in Abbildung 6 aufgetragen und eine Regressionsgerade erstellt. Abbildung 6: Bestimmung des Kaliumgehalts mittels Standardaddition Die Geradengleichung der Regression lautet: I = 0, µg 1 m K + + 0, (12) Zur Berechnung der Masse an Kalium in der vermessenen Probe wird der Schnitt mit der Abszisse gebildet (I = 0): m K = 0, , µg 1 = 2, 981 µg (13) Zur Bestimmung der Gesamtmasse an Kalium in der Probe muss noch der Aliquot ( 500 µl /100 ml) berücksichtigt werden: m K + = 200 m K + = 596, 1 µg (14) 17

18 mittels externer Kalibrierung Die in Tabelle 6 aufgeführten Werte wurden mittels Origin in Abbildung 7 aufgetragen und eine Regressionsgerade erstellt. Abbildung 7: Bestimmung des Kaliumgehalts externer Kalibrierung Die Geradengleichung der Kalibrationsgerade lautet: I = 0, µg 1 m K + 0, (15) Um Intensität der Probe einsetzten zu können muss die Gleichung 15 umgestellt werden: m K I + 0, = = 6, 838 µg (16) 0, µg 1 Unter Berücksichtigung des Aliquoten ( 500 µl /100 ml) ergibt sich: m K + = 200 m K + = 1367, 6 µg (17) Vergleich der Methoden Die beiden Ergebnisse weichen erheblich von einander ab. Dabei wird angenommen, dass das Standardadditionsverfahren ganauer ist, zum einen ist der Linearitätsgrad der Regressionsgeraden hier höher. Die Regressionsgerade der externen Kalibrierung weicht vor allem bei gröÿeren Massen sehr stark von den Messpunkten ab, insgesamt erinntert der Verlauf eher an eine exponentielle Kurve als an eine Gerade. Zum anderen werden hier systematische Fehler vermieden, da die Probe mit der Matrix zusammen vermessen und mit den Standards verglichen wird. 18

19 Somit sollte hier nur die Standaraddition als quantitatives Ergebnis angeshen werden. Qualitativ zeigt die externe Kalibrierung, dass die Probenmatrix sich deutlich von der, der Standardlösung unterscheidet. Teil III. Anhang Literatur [1] Grundpraktikum Analyitsche Chemie, Skriptum für das Wintersemester 2009/ Prof. Dr. Thorsten Homann, Prof. Dr. Nicolas H. Bings; ; 20AC%20II%20Analytik%20WS0910.pdf [2] Analyitsche Chemie, Vorlesungsskript Sommersemster Prof. Dr. Nicolas H. Bings; ; [3] Abbildungsverzeichnis 1. Monochromator (aus [3]) Photomultiplier (aus [3]) Standardaddition bei kalter Flamme Standardaddition bei heiÿer Flamme Intensitäten von Kalium bei CsBr Zugabe Bestimmung des Kaliumgehalts mittels Standardaddition Bestimmung des Kaliumgehalts externer Kalibrierung