Die Quantitative Analyse für Biologen

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1 Die Quantitative Analyse für Biologen LMU Rienäcker/Spieß Fassung : Die quantitative Analyse Die quantitative Analyse soll es ermöglichen, sicher und genau festzustellen, wie viel eines Stoffes in einer Probe vorhanden ist. Beispiele von quantitativen Analysen befinden sich u.a. auf fast jeder Mineralwasserflasche, z.b. 26 mg Magnesium pro Liter Man kann zwischen der klassischen Analyse (Praktikum), die weitgehend ohne elektrische Geräte auskommt, und der instrumentellen Analyse, die moderne elektronisch gesteuerte Analysengeräte verwendet, unterscheiden. Heute werden auf Grund der höheren Empfindlichkeit und der schnelleren Bestimmung am die modernen Analyseninstrumente bevorzugt. Beispiele befinden sich im hinteren Teil des Skripts. Im allgemeinen wird in der Analytik nach folgender Reihenfolge vorgegangen: Probennahme : z.b. Sammeln von Laub-, Wasser- oder Gesteinsproben nach einem bestimmten (statistischen) Muster. Probenvorbereitung: z.b. Trocknen, Mahlen, Sieben, Teilen, Konservieren, Aufschließen (d.h. die Probe in eine meßbare Form bringen, z.b. Lösen von Gesteinsproben in Säuren), Verdünnen. Messen: Auswertung: chemische Analyse (klassisch oder instrumentell) Berechnung, statistische Erhebung, Verwaltung von Labordaten. Der Zeitaufwand in der Praxis beträgt ungefähr 70 % Probennahme/-vorbereitung, 10 % Messen und 20 % Auswertung. Ein Beispiel aus der Praxis befindet sich im Anhang. Die Gravimetrie Erfolgt die Quantifizierung einer Probe innerhalb eines Analysenverfahrens mit Hilfe einer Waage so spricht man im allgemeinen von einer Gravimetrie (= Gewichtsanalyse). Vorteil dieser Analysenmethode ist der geringe apparative Aufwand, Nachteil der hohe Zeitbedarf und die relativ großen Mengen der nachweisenden Substanz ( typisch mg). Das Analysenverfahren besteht aus: 1) Tiegel trocknen, (ausglühen), abkühlen, auswiegen, Gewichtskonstanz herstellen 2) Aliquotieren (Analysenlösung aufteilen), evt. vorher Festsubstanzen lösen 3) Fällen, unter der genauen Einhaltung der beschriebenen Arbeitsanleitung 4) Sammeln (Überführen in Filter oder Filtertiegel) 5)Trocknen (evt. Glühen), danach abkühlen im Exsiccator 6) Wiegen 7) Berechnen 8) Filtertiegelreinigung QN-BIO, LMU,

2 Oft werden die ausgewaschenen Niederschläge nach dem Trocknen geglüht, um eine definierte Verbindung zu erhalten. Z.B: NH3 800 C Fe 3+ Fe(OH) 3 mit x H 2 O Fe 2 O 3. Lösung Fällungsform Wägeform Bei der Fällungsanalyse ist besonders die Löslichkeitsbeinflussung durch gleich- oder andersionige Zusätze als Fehlerquelle zu beachten. So nimmt z.b. entsprechend dem Massenwirkungsgesetz die Löslichkeit von gefälltem Silberchlorid mit steigendem Überschuß an Chloridionen zunächst ab (Massenwirkungsgesetz), dann macht sich jedoch die Bildung von leichter löslichen Silberchloro-Komplexen bemerkbar. Ebenso kann der ph Wert die Löslichkeit beeinflussen. Prinzipielle Darstellung: Löslichkeit von Silberchlorid Massenwirkungsgesetz Komplexbildung Zugabe vom Fällungreagenz Weiter können Mitfällungen anderer Stoffe, Einschlüsse in dem gebildeten Niederschlag, Übersättigungen ( Konzentrationsniederschlag) und Kolloidbildung zu Fehlern führen. Die Maßanalyse ( Volumetrie, Titrimetrie) Erfolgt die Quantifizierung einer Probe innerhalb eines Analysenverfahrens mit Hilfe der Volumenmessung einer zugegebenen Reagenzlösung (Maßlösung) mit bekannter Stoffmengenkonzentration bis zu einem bestimmten Endpunkt, so spricht man im allgemeinen von einer Maßanalyse oder Volumetrie. Die Maßlösung muß dabei ein Reagenz enthalten, das eine definierte, vollständig ablaufende chemische Umsetzung mit den zu bestimmenden Stoffen fähig ist, und daß ein bestimmter Endpunkt, den sogenannten Äquivalenzpunkt, erkannt werden muß. Das Reagenz wird Titrant, der zu bestimmende Stoff Probe oder Analyt genannt. Man unterscheidet aufgrund der Art der Umsetzung (Reaktionstyp) : Acidimetrie : Titration mit Säuren Alkalimetrie : Titration mit Laugen Redox-Titration: Transfer von Elektronen z.b. Oxidimetrie Fällungstitration : siehe Gravimetrie Komplexometrische Titration: Komplexbildung zwischen Probe und Titrant QN-BIO, LMU,

3 Das Analysenverfahren besteht aus: 1) Aliquotieren 2) im Titrierkolben vedünnen 3) Indikatorzugabe 4) Titrieren 5) Berechnen Der Endpunkt wird mit Hilfe geeigneter Indikatoren, das sind Reagenzien, die am Aquivalenzpunkt ihre Eigenfarbe ändern, oder elektrisch arbeitenden Geräten z.b. Elektroden, (siehe Anhang: ph Messung) angezeigt. Die wichtigsten Grundgeräte sind neben Meßkolben (z.b. zur Herstellung der Maßlösung) und Pipetten (zum Abmessen definierter Volumina) sog. Büretten. Bei diesen wird die Ablesung der Zugabe der Maßlösung mit Hilfe eines sog. Schellbachstreifens möglich. Die meisten Büretten haben eine Ablesegenauigkeit von 0,05-0,1 ml bei ml Gesamtvolumen. Bei der Titration sind als theoretische Grundlagen Dissoziationsgleichgewichte, ph-werte, das Ionenprodukt des Wassers, Hydrolyse-/ Protolysevorgänge und Puffervermögen zu berücksichtigen. Tips zur Arbeitstechnik Vor dem Beginn des Praktikumtages ist auf Vollständigkeit und Sauberkeit der Ausrüstung zu achten. Der Arbeitsplatz soll trocken, sauber und geordnet gehalten werden. Sicherheits- und Umweltvorschriften sind zu beachten. Vor jedem Versuch ist zu überlegen wie die Reaktion ablaufen wird (pers. Sicherheit?). Besonders auf evt. auftretende Gas- und Wärmeentwicklung ist zu achten. Mit übelriechenden und giftigen Substanzen ist im Abzug zu arbeiten. Es empfiehlt sich ein kurzes Protokoll (Beobachtungen, Arbeitsablauf,...) während der Analyse anzufertigen. Gläser sollten mit einem wasserfesten Stift beschriftet werden. Einmal aus einer Vorratsflasche entnommene Reagenzien nie wieder in diese zurückgeben. Es ist von Anfang an auf Sauberkeit und Exaktheit der Durchführung zu achten. Es ist immer mindestens eine Doppelbestimmung durchzuführen. Die Ergebnisse sind nur gültig, wenn sie sich sehr wenig (>>1%) voneinander unterscheiden. Volumenmeßgeräte (Pipetten, Meßzylinder, Meßkolben..) sind auf eine bestimmte Temperatur, meist 20 C, geeicht (Volumenausdehnung, -kontraktion berücksichtigen). Möglichst Vollpipetten verwenden, da diese genauer als Meßpipetten sind. Nachlaufzeiten bei Pipetten und Büretten sind zu beachten (ca. 15 sec) Analysenlösungen werden meist aliquotiert. Hierbei wird ein genau definierter Anteil aus der Gesamtmenge entnommen, z.b. 25,0 ml von 100,0 ml (also genau ein Fünftel). So können mit der ausgegebenen Substanz mehrere Analysen (statistische Sicherheit) durchgeführt werden. QN-BIO, LMU,

4 Tips zur Gravimetrie Es ist auf den richtigen Tiegel oder Filter (Material, Porengröße ) zu achten. Ein noch warmes Gefäß darf niemals auf die Waage gebracht werden, weil es sonst scheinbar zu leicht wiegt (Auftrieb). Vor dem Wiegen wird min im Exsikkator, der in Waagennähe steht, abgekühlt. Schnell wiegen, da die Gefahr der Luftfeuchtigkeitsaufnahme besteht. Alkalische Lösungen dürfen nicht zu lange mit der Luft in Berührung kommen, da sonst das Kohlendioxid der Luft mit der Lauge chemisch reagiert und so ihre Alkalität verändert wird. Auch dest. Wasser enthält gelöstes CO 2! Tiegel nie mit bloßen Fingern anfassen. Es werden sog. Tiegelzangen verwendet, die aber nicht mit dem Niederschlag in Berührung kommen dürfen. Es soll der Tiegel bis zur Gewichtskonstanz +/- 1mg getrocknet oder geglüht werden. Dabei ändert sich zeitlich die Masse praktisch nicht mehr. Das wird durch häufges Wiederholen der Wägung im 10 min Abstand festgestellt. Zur quantitativen Überführung des Niederschlags von dem Becherglas in den Filter wird das Filtrat der Fällung (sog. Mutterlauge) verwendet. Niederschläge nur mit Lösungen nachwaschen, die auch ausdrücklich vorgeschrieben ist. Die Menge soll möglichst gering gehalten werden (Löslichkeit). Niederschläge sind im allgemeinen in der Wärme besser löslich als in der Kälte. Tips zur Titrimetrie Dem Ablesen von Büretten ist größte Aufmerksamkeit zu widmen. (Meniskus, Schellbachstreifen). Es dürfen sich keine Gasblasen in den Volumenmeßgeräten befinden. Beim Ablauf dürfen sich an der Innenwand keine Tropfen bilden, ansonsten muß das Glasgerät gereinigt werden. Nur den angegebenen Indikator verwenden. Bei der Berechnung die Verdünnung berücksichtigen. Es ist vorsichtig an den Umschlagspunkt heran zu titrieren. Eine sog. Übertitration, d.h. zu viel Maßlösung zugegeben, macht die Messung unbrauchbar. Ein Tropfen kann entscheidend sein. Eine Maßlösung wird mit einer bestimmten Konzentration angegeben, z.b. 0,2000 mol/l. Da die Konzentration, besonders bei selbst hergestellten Lösungen, selten so genau zutrifft (manche Lösungen sind auch durch Alterung zeitlich veränderbar), wird ein sog. Titer bestimmt. Das ist der Faktor, um den sich die reale Lösung von dem angegebenen oder gewünschten Wert unterscheidet (typisch wenige Prozente), z.b. angegeben 0,2000 mol/l, real 0,2027 mol/l => Titerfaktor = 0,2027mol/l / 0,2000 mol/l = 1,0135. Siehe Beispiele zur Berechnung QN-BIO, LMU,

5 Fehlerbetrachtungen: Bei jeder Messung treten grundsätzlich Fehler auf. Diese sind auf die Meßgenauigkeit der verwendeten Geräte, der Meßmethode und der individuellen Sorgfalt des Analytikers zurückzuführen. Fehler sind stets absolute Zahlen, da man ihr Vorzeichen nicht kennt. Ihre Angabe besagt nicht, das ein Ergebnis falsch sein muß, sondern nur um diesen Betrag falsch sein kann. Der absolute Fehler wird mit der gleichen Einheit wie der Meßwert z.b. 147 mg +/- 4 mg angegeben. Der relative Fehler wird dagegen in Prozent z.b. 147 mg +/- 2,7 % ausgedrückt. Grobe Fehler z.b. durch falsches Ablesen oder Verrechnung, kann man vermeiden. Durch Wiederholung der Messung (deshalb mindestens eine Doppelbestimmung durchführen) lassen sie sich oft erkennen. Den systematischen Fehlern kann man dagegen schwer ausweichen, da man ihre Ursachen nicht kennt und auch aus der Messung nicht unbedingt auf sie schließen kann. Wenn z.b. eine falsch justierte Waage statt den tatsächlichen 15,52 g nur 15,19 g anzeigt, wird das Ergebnis, auch bei noch so guter manueller Durchführung der Analyse nie richtig sein. Zufällige Fehler sind das eigentliche Gebiet der Fehlerrechnung. Diese können nur durch mehrfach ausgeführte Analyse und/oder der Erfahrung des Analytikers erkannt und behoben werden. Es kann es z.b. vorkommen, daß eine eingesandte Holzprobe, die auf ihren Eisengehalt bestimmt werden soll, mit einem Stahlsägeblatt genommen wurde. So kann der Abrieb einer Säge in die Proben gelangen und zu gänzlich falschen Ergebnissen führen. Bei diesem tatsächlich aufgetretenen Ereignis waren ca. 1/3 der abgelieferten Proben für die Eisenbestimmung im Holz unbrauchbar. Wird z.b. eine Analyse auf einer Waage erstellt, die auf 0,1 mg genau wiegt, so ist ein abgegebenes Ergebnis nur auf 0,05-0,15 mg (Rundung) exakt. Ein übergenaues Ergebnis z.b. durch Rechnung ermittelte 103, mg ist somit unsinnig. Daher sollte in unserem Beispiel das Ergebnis auf eine Stelle nach dem Komma auf- oder abgerundet werden (hier 103,3 mg). Kein Ergebnis kann genauer sein als das zur Verfügung stehende Meßgerät! In Zwischenrechnungen dagegen sollte mit möglichst vielen Stellen weiter gerechnet werden, da durch vorzeitiges Runden sog. Rundungsfehler weitergetragen werden. Wegen der Fehleraddition können sich Ungenauigkeiten schnell vergrößern. So werden z.b. bei Baumproben einige Ergebnisse mit +/- 5 % angegeben, obwohl die dazu verwendeten Analysengeräte durch aus wesentlich genauer analysieren können. Durch Probennahme, Probenvorbereitung und Standort bedingte Abweichungen der Bäume ist diese Fehlergrenze eher als optimistisch einzuschätzen. QN-BIO, LMU,

6 Beispiele zur Berechnung : Je nach Praktikumsversuch können die Berechnungen differieren. Das Prinzip bleibt jedoch erhalten. M = Molmasse, m = Masse, w = Gewichtprozent Gravimetrie: Eine Gesteinsprobe soll auf deren Calciumgehalt geprüft werden. Calcium wird als Calciumoxalat (CaC 2 O 4 * 1 H 2 O -> Wägeform) ausgewogen. Einwaage : Auswaage : 0,2876 g Probe Tiegel mit Niederschlag : 28,3853 g Tiegel leer : 28,1478 g Masse Niederschlag : 0,2375 g Faktor : M (Ca) 40,08 g/mol f = = = 0,27431 M (CaC 2 O 4 * 1 H 2 O) 146,11 g/mol Berechnung: m (Ca) = m (CaC 2 O 4 * 1 H 2 O) * f = 0,2375 g * 0,27431 = 0, g m (Ca) * 100% 0, g * 100 % w (Ca) = = = 22,7 % m ( Einwaage) 0,2876 g Ergebnis: Die Probe enthält 22,7 % Calcium. Titrimetrie Kalilauge wird mit Salzsäure gegen Phenolphthalein bis zum Umschlagspunkt titriert. HCl + KOH KCl + H 2 O Kalilauge reagiert also mit Salzsäure im Verhältnis 1:1 -> Faktor f = 1 Die ausgegebene Lauge wird im Meßkolben auf 250,0 ml aufgefüllt und davon 25,0 ml pro Titration verwendet. Normalität der Säure : 0,1000 mol/l Titer : 0,9841 Molmasse der Base : M(KOH) = 56,1056 g/mol Verdünnung : 250 ml / 25 ml = 10 Verbrauch an Lauge : 26,4 ml = 0,0264 l QN-BIO, LMU,

7 Berechnung : a) Konzentration der Säure : Normalität * Titer = 0,1 mol/l * 0,9841 = 0,09841 mol/l b) Umsetzung : Verbrauch * Konzentration der Säure = 0,09841mol/l * 0,0264 l = 0, mol Lauge c) Einbezug der Verdünnung : 0, mol * 10 = 0,02598 mol in 250,0 ml (oder 0,10392 mol/l) d) Massengehalt : Konzentration der Lauge * Molmasse der Base = 0, mol KOH/250 ml * 56,1056 g/mol = 1, g KOH in der Probe Da es natürlich unsinnig ist so viele Stellen nach dem Komma anzugeben (Meßgenauigkeit!) lautet das Ergebnis: Ergebnis: Die Probe enthält 1,458 g gelöstes Kaliumhydroxid. QN-BIO, LMU,

8 Ionenaustauscher (IAT) Der Ionenaustausch wird angewendet, um schwer bestimmbare Ionen gegen analytisch leicht erfaßbare Ionen quantitativ auszutauschen. Als Ionenaustauscher bezeichnet man hochmolekulare Polyelektrolyte verschiedener Struktur und Zusammensetzung. Jeder Austauscher besteht aus einer Matrix, einer wasserunlöslichen, quellbaren Grundsubstanz mit Raumnetzstruktur (z.b. Kunststoffe) und den austauschaktiven Ankergruppen. An den Ankergruppen, die auch Festionen genannt werden, sitzen austauschbare Gegenionen. Nach der Art der Ankergruppen, unterscheidet man zwischen Anionen- (saurer) und oder Kationenaustauscher (basisch). Bei der Bezeichnung eines Austauschers gibt man im allgemeinen an, welches Gegenion er ernthält (z.b. H + -Form, Cl - -Form). Beispiele von Ionenaustauschern: COO - H + N-R 3 + OH - R= organische Seitenketten. COO - H + N-R 3 + OH - Kationenaustauscher in H + - Form Anionenaustauscher in OH - - Form Die Martrix ist hier als senkrechter Strich dargestellt. Sie besteht meistens aus Kunstharzen ( z.b. Polystyrol- oder Polyacrylharzen) an denen die Ankergruppen (z.b. COOH, R 3 NOH) chemisch gebunden sind. Der Austausch besteht darin, das z.b. bei den Kationenaustauschern der ionisch gebundene Wasserstoff durch ein anderes Kation ( z.b. Na + ), das eine festere Bindung eingeht, ersetzt wird. Wichtig bei Ionenaustauschern sind - die Ankerguppen (schwach sauer, stark sauer, schwach basisch, stark basisch), - das Vermögen bestimmte Ionenarten (sog. Selektivität: Alkali, Erdalkali, Seltene Erden...) bevorzugt zu binden - die sog. Austauscherkapazität, d.h. die Menge der austauschbaren Ionen pro Gewicht oder Volumen des IAT. Jeder Ionenaustauscher kann regeneriert werden, d.h. in die ursprüngliche aufnahmefähige Form zurück verwandelt werden. Vor jedem Einsatz muß ein Ionenaustauscher im Wasser eine Zeit lang quellen. Daher darf er nie austrocknen. Ferner sind die Austauscher nur in einem bestimmten ph Bereich anwendbar. Ionenaustauscher werden industriell seit ca angewandt. So werden in der Getränkeindustrie das Wasser durch sog. Entsalzung durch Austauscher auf Standort unabhängige Normwerte gebracht. Ein irgendwo auf der Erde hergestelltes Cola einer Firma schmeckt u.a. deshalb überall gleich (Qualitätssicherung)! Auch im Wald- und Ackerboden ist der natürliche Ionenaustausch extrem wichtig (Stichwort : saurer Regen). QN-BIO, LMU,

9 Durchführungen von quantitativen Analysen Hinweis: (s) = Niederschlag, (f) = Farbreaktion Die Gravimetrie Glasfiltertiegel sind vor dem Überführen der Niederschläge zu trocknen, Porzellantiegel zusätzlich zu glühen und im Exsikkator abzukühlen und rasch zu wiegen. Praktikumsleitung fragen. Bestimmung von Sulfat als Bariumsulfat Prinzip: Aus schwach salzsaurer Lösung werden Sulfationen durch Zugabe von Bariumchloridlösung in der Siedehitze als Bariumsulfat gefällt und bestimmt. Ba 2+ + SO 4 2- BaSO 4 (s) Geräte: 400 ml Becherglas, Saugflasche mit Zubehör, Porzellanfiltertiegel A1 mit Tiegelschuh, 25 ml Vollpipette, 50 ml Meßzylinder Reagenzien: Bariumchloridlösung: 4 g BaCl 2 in 100 ml H 2 O (Zugabe von wenigen Tropfen konz. Salzsäure wird in der Literatur empfohlen) Die 25,0 ml Probe wird mit 5 ml verd. Salzsäure angesäuert, auf 200 ml im Becherglas verdünnt (ph 2-3) und zum Sieden erhitzt. Unter Umrühren fällt man in der Siedehitze mit ca. 20 ml (langsam zulaufen lassen) einer siedend heißen Bariumchloridlösung (kl. Becherglas und Winkelglasstab). Nach beendeter Fällung stellt man das Becherglas bedeckt auf das Wasserbad und überzeugt sich nach dem Absitzen von der Vollständigkeit der Fällung durch Zugeben von einigen Tropfen Bariumchloridlösung zur klaren Probenlösung, ggf. weitere Zugabe von Bariumchloridlösung zum Überstand. Mindestens einstündiges Stehen auf dem Wasserbad ist erforderlich. Nach dem Erkalten sammelt man den Niederschlag im A1-Porzellanfiltertiegel. Zur Überführung des Niederschlags in den Tiegel benutzt man das Filtrat, die sog. Mutterlauge (eine gesättigte BaSO 4 -Lösung). Im Tiegel wird das Bariumsulfat 4 mal mit 5 ml warmen Wasser gewaschen. Man trocknet zunächst min bei 120 C und glüht den Niederschlag anschließend bei ca. 800 C ca min im Muffelofen. Danach wird abgekühlt und gewogen (Prüfen auf Gewichtskonstanz). Der Tiegel wird anschließend mechanisch gereinigt. Umrechnungsfaktor: 0,41159 Bestimmung von Phosphat als 8-Hydroxychinolinium-12-molybdo-1-phosphat Prinzip: In stark saurer Lösung bilden Phosphationen mit Molybdationen ein gelb gefärbtes Molybdophosphation, welches mit 8-Hydroxychinolin einen schwer löslichen Niederschlag bildet. Der Niederschag ist relativ grobkristallin und enthält nur 1,37 % Phosphor, so daß auch kleine Phosphatmengen noch gut bestimmbar sind.(ox = Oxin, siehe Aluminiumbestimmung). H 2 PO [MoO 2 Cl 3 (H 2 O)] - [ P(Mo 3 O 10 ) 4 ] H Cl - [P(Mo 3 O 10 ) 4 ] HOx + 3 H + (H 2 Ox) 3 [P(Mo 3 O 10 ) 4 ] * x H 2 O ( s) Fällungsform: (H 2 Ox) 3 [P(Mo 3 O 10 ) 4 ] * x H 2 O Wägeform: (H 2 Ox) 3 [P(Mo 3 O 10 ) 4 ] dunkelorange QN-BIO, LMU,

10 Geräte : 400 ml Becherglas (hohe Form), Glasfiltertiegel G4, 25,0 ml Vollpipette, Saugflasche mit Zubehör, 100 ml Meßzylinder, ph Papier, Fällungsreagenz: Waschflüssigkeit: Lösung A: 4,40 g Oxin in 10 ml 25% HCl lösen Lösung B: 21 g (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 * 4 H 2 O in 325 ml 25% HCl lösen (evt. erwärmen) und 40 ml Wasser zugeben. Lösungen A und B unter kräftigen umrühren im Verhältnis 1 : 4 mischen (Lsg. B zu Lsg. A geben!!!). 1,2 g NH 4 NO 3 in 100 ml Wasser 25,0 ml Probenlösung in ein Becherglas bringen und mit Wasser auf 100 ml verdünnen. Lösung mit verd. NaOH / HCl auf ph 4-7 einstellen und auf ca. 70 C erwärmen. Unter stetigem Umrühren 40 ml frisch angesetztes Fällungsreagenz innerhalb von ca. 15 min zutropfen, sodann 30 min lang bei 70 C gerührt und und unter Erkalten 30 min lang absetzen lassen. Der Niederschlag wird über einen G4 Glasfiltertiegel dekantierend (d.h. Niederschlag erst absetzen lassen und die klare überstehende Flüssigkeit durch den Filter gießen. Erst zum Schluß den Niederschlag vollständig überführen) filtriert. Letzte Niederschlagsreste werden mit aufgefangenem klarem Filtrat in den Tiegel gebracht. Fällung durch Auftropfen (Tropfpipette) mit insgesamt 10 ml Waschflüssigkeit und anschließend mit 2 ml klarem Wasser waschen. Bei 160 C bis zur Gewichtskonstanz trocknen und im Exsikkator auf Raumtemperatur abkühlen lassen. Rasch wiegen, da der Niederschlag schwach hygroskopisch ist. Umrechnungsfaktor: 0,04201 Nickel als Nickel-Dimethylglyoxim Prinzip: Nickelionen ergeben in schwach ammoniakalischer Lösung mit Dimethylglyoxim (H 2 C 4 H 6 N 2 O 2 = H 2 dmg) einen schwerlöslichen flockigen Niederschlag der direkt zur Auswaage gebracht wird (Fällungsform = Wägeform). Ni Hdmg - [Ni(Hdmg) 2 ] siehe Anhang Organische Reagenzien Geräte: 400 ml Becherglas, Glasfiltertiegel G4, Saugflasche mit Zubehör, Pipetten ml Probelsg. in ein Becherglas bringen, 2 ml 2 M HCl zugeben und mit H 2 O auf 200 ml verdünnen ml 0.2 M NH 3 zusetzen bis ein ph-wert von 3-4 eingestellt ist. Lsg. zum Sieden erhitzen, von der Heizplatte nehmen und unter Rühren 25 ml Reagenzlsg. langsam einfliessen lassen. ph- Wert prüfen und ihn mit Ammoniak auf einen Wert von 8-9 bringen. Lsg. 10 Minuten lang rühren, Nd. absetzen lassen und warm über den Glasfiltertiegel dekantierend filtrieren. Nd-Reste mit Teilen des Filtrates in den Tiegel bringen. Mit 10 ml warmen Wasser und anschliessend 20 ml kaltem Wasser waschen (Pipette). Zuerst 2 Std. lang bei C und dann in Intervallen von 45 Min. bis zur Gewichtskonstanz trocknen. Zur Reinigung des Tiegels entfernt man die Hauptmenge des Niederschlags mechanisch, den Rest durch warme verdünnte Salzsäure. Umrechnungsfaktor : 0,20317 QN-BIO, LMU,

11 Bestimmung von Eisen als Eisen(III)-oxid Prinzip: Eisen(III)-ionen werden durch Hydroxidionen als schwerlösliches wasserhaltiges Eisen(III)-oxid-Hydrat gefällt. Die Fällung erfolgt aus der Lösung unter Verwendung von Urotropin (Hexamethylentetraamin), das in der Siedehitze in Ammoniak und Formaldehyd hydrolytisch gespalten wird. Durch Anwendung von Urotropin wird bei einem definierten ph-bereich gefällt (4,5-5,5). C 6 H 12 N H 2 O <--> 6 HCHO + 4 NH 3 (Hydrolyse von Urotropin) NH 3 + H + + <--> NH 4 (Herabsetzen des ph Wertes) 2 Fe OH - 2 Fe(OH) 3 (Fällungsform) 2 Fe(OH) 3 Fe 2 O 3 ( geglüht, Wägeform) Geräte: 400ml Becherglas (hohe Form), Uhrgläser, Porzellantiegel, Schwarzbandfilter, 25,0 ml Vollpipette, Meßzylinder. Reagenzien: Urotropinlsg: 7,0 g Urotropin in 100ml Wasser (= 0,5 molar) NH 4 NO 3 - Lsg : 0,8 g Ammoniumnitrat in 100 ml Wasser 25,0 ml saure Eisenlösung in ein Becherglas geben, 10 ml verd. Salzsäure zugeben und mit dest. Wasser auf 150 ml verdünnen. Einige Tropfen H 2 O 2 Lösung (Fe 2+ zu Fe 3+ ) hinzufügen und auf Siedehitze erwärmen. 2-3 Tropfen Methylrot zugeben (Rotfärbung) und unter Umrühren Urotropinlösung so lange zur kochenden Probe zutropfen, bis ph 5-6 (Umschlag von Rot auf Gelb) erreicht wird. Das enthaltene Eisen bildet einen braunen, gallertartigen Niederschlag. Nach einigen Minuten wird der Niederschlag möglichst heiß über einen Schwarzbandfilter dekantierend filtriert. Niederschlagsreste werden mit einem Teil des Filtrats auf das Filter gebracht. Dann den Nd. mit 3-5 mal 10 ml heißer 0,1 molaren Ammoniumnitratlösung nachwaschen. Das Filtrat muss Cl - -frei sein (Test mit AgNO 3 ). Filter mit Niederschlag vorsichtig in einen Porzellantiegel bringen und bei C im Trockenschrank ca. eine Stunde trocknen und anschließend bei 600 C min im Muffelofen bis zur Gewichtskonstanz glühen, im Exsikkator auf Raumtemperatur abkühlen und Wiegen. Der Tiegel wird zu erst mechanisch, dann mit heißer 5 molarer Salzsäure gereinigt. Umrechnungsfaktor : 0,69943 Bestimmung von Aluminium als Aluminiumoxinat Prinzip: Aluminiumionen bilden in essigsaurer, acetatgepufferter Lösung mit 8-Hydroxy-chinolin (Oxin, abgekürzt HOx) einen schwerlöslichen Niederschlag von Aluminiumoxinat, der nach dem Trocknen direkt zur Auswaage gebracht wird. Fällungsform ist auch die Wägeform (Löslichkeit 1mg grüngelbes Aluminiumoxinat in 200 ml Wasser) Al Ox - Al(Ox) 3 (s) siehe Anhang Organische Reagenzien Geräte: 400 ml Becherglas, Glasfiltertiegel G4, Saugflasche mit Zubehör, 25,0 ml Vollpipette, Tropfpipetten und ph-papier. Reagenzien: Fällungsreagenz: Waschflüssigkeit: 14,52g Oxin in 60 ml Eisessig unter schwachem Erwärmen vollständig lösen, erkaltet auf 1000 ml verdünnen. In brauner Flasche aufbewahren. 1 ml 2 M Essigsäure und 0.5 ml 2 M NaOH mit H 2 O auf 100 ml verdünnen. (ph ) QN-BIO, LMU,

12 25 ml saure Probenlösung in ein Becherglas bringen und mit 25 ml H 2 O verdünnen. Verd. NaOH bis zur ersten Trübung (Aluminiumhydroxid) zutropfen. Dann 5 ml verd. HCl zugeben und die klare Lösung auf 140 ml verdünnen. Unter Rühren 40 ml Fällungsreagenz langsam zufließen lassen und die noch klare Lösung auf C erwärmen und langsam innerhalb von min 15 ml 2 molare Ammoniaklösung als Pufferkomponente eintropfen. Bei Auftreten der ersten Trübung Zugabe der Ammoniaklösung 2 min unterbrechen (weiter Rühren!). Sodann den Rest eintropfen und ph prüfen (4-5) und eine halbe Stunde bei C weiter rühen. Nach Absetzen den Niederschlag dekantierend filtrieren, dabei die Hauptmenge der überstehenden Lösung zunächst über den Glasfiltertiegel abgießen und dann die Fällung mit der Restlösung weitgehend in den Filter bringen. Zum Überführen des Restes das wieder erwärmte gelbliche Filtrat verwenden. Der Niederschlag wird mit 25 ml heiße Waschflüssigkeit (80-90 C) und danach 5 ml heißes Wasser durch Auftropfen mit der Pipette gewaschen. 2 Stunden lang bei 130 C im Trockenschrank trocknen und im Exsikkator mindestens 30 min auf Raumtemperatur abkühlen (auf Gewichtskonstanz prüfen!). Der Tiegel wird mit heißer 5 mol Salzsäure ausgewaschen und mit Wasser nachgewaschen. Umrechnungsfaktor: 0, Bestimmung von Magnesium als Magnesiumdiphosphat Fällung: Glühen: Geräte: Reagenzien: Mg 2+ + NH PO H 2 O MgNH 4 PO 4 * 6 H 2 O 2 (MgNH 4 PO 4 * 6 H 2 O) Mg 2 P 2 O NH H 2 O 400 ml Becherglas (hohe Form), Porzellanfiltertiegel A1, Ofen (1000 C), 25 ml Vollpipette Fällungsreagenz: 0.1 M (NH 4 ) 2 HPO 4 - Lösung (1.32 g Diammoniumhydrogenphosphat pro 100ml Lösung) Waschflüssigkeit: 100 ml 1M NH 3,die 0.8 g NH 4 NO 3 enthält 25 ml neutrale bis saure Probelösung in ein Becherglas bringen, mit 10 ml 2M HCl versetzen und mit H 2 O auf 150 ml verdünnen. 2g NH 4 Cl und 20 ml Reagenzlösung hinzufügen und die gesamte Lösung zum Sieden erhitzen. 10 Min. abkühlen lassen, 3 Tropfen Phenolphthalein zugeben und langsam unter stetigem Rühren 2M NH 3 eintropfen lassen (Abzug!!!) bis eine Trübung auftritt. Zutropfen für 2-3 Min. unterbrechen. Anschliessend Lösung 20 Min. stehenlassen ohne zu rühren. Dann 15 ml konz. NH 3 zufügen und 5 Min. rühren. Vollständigkeit der Fällung überprüfen. Lösung über Nacht stehen lassen. Über Filtertiegel A1 dekantierend filtrieren und die Niederschlagsreste mit 20 ml kalter 1M NH 3 in den Tiegel bringen. Den Filter solange mit kalter Waschflüssigkeit spülen, bis das Filtrat Cl - -frei ist (Test mit AgNO 3 ). Tiegel 20 Min. im Trockenschrank vortrocknen und anschliessend in Intervallen von 30 Min. bis zur Gewichtskonstanz bei 1000 C im Ofen glühen. Reinigung: Der Tiegel wird mit heisser verdünnter Salzsäure ausgewaschen. Umrechnungsfaktor: QN-BIO, LMU,

13 Die Maßanalyse (Titrimetrie) Zur Erinnerung: Bei der Maßanalyse ist auf die Aliquotierung, Indikatorzugabe und Titer zu achten! Acidimetrie Basisch reagierende Stoffe, insbesondere Laugen, werden mit Säuren umgesetzt. Die treibende Kraft besteht in der Verbindung von OH - mit H + zu energetisch günstigerem H 2 O: H + + OH - H 2 O + 58 kj/mol (also eine exotherme Reaktion) Die verwendeten Indikatoren, die den Endpunkt anzeigen, sind selber schwache organische Säuren, deren dissoziierte Form von der undissozierten farblich verschieden ist. Der Grad der Dissoziation ist vom ph abhängig (Gleichgewichtsreaktion). Acidimetrische Bestimmung von Natronlauge Prinzip: Diese Titration beruht auf einer Neutralisierung. NaOH + HCl NaCl + H 2 O 25,0 ml (Vollpipette) Natronlauge (NaOH in Wasser, Probelösung) wird im Titrierkolben mit Wasser auf ca. 100 ml verdünnen. Es werden 3-4 Tropfen Phenolphthalein zugegeben und mit 0,1 m Salzsäure bis zum Umschlag von rosa nach farblos titriert. Es kann als Indikator auch Bromthymolblau angewandt werden. Dann ist bis zum Umschlag von blau nach gelb zu titrieren. Vorsichtige Zugabe von Maßlösung zur Probenlösung am Äquivalenzpunkt. 1 ml Salzsäure entspricht 3,9997 mg NaOH Acidimetrische Bestimmung von Borax (Bestimmung des Alkaligehaltes) Prinzip: Der Alkaligehalt löslicher Alkalisalze gewisser schwacher Säuren kann durch direkte Titration mit einer starken Säure bestimmt werden. Dabei wird z.b. die sehr schwache Borsäure von der starken Salzsäure in Freiheit gesetzt (Verdrängungsreaktion). Die ausgetriebene Borsäure beeinflußt auf Grund ihrer geringeren Dissoziation die im mehr sauren Bereich (ph < 4,9) umschlagenden Indikatoren nicht. Na 2 B 4 O HCl + 5 H 2 O 2 NaCl + 4 H 3 BO 3 25,0 ml der Analysenlösung wird mit Wasser auf 100 ml verdünnt und drei Tropfen Indikator Methylrot zugesetzt. Mit der Maßlösungen (0,1 mol/l HCl) so lange titrieren bis eine schwache Orangerotfärbung auftritt. (Vergleich 100 ml Wasser und drei Tropfen Indikator). 1 ml Salzsäure entspricht 3,0990 mg Na 2 O oder 19,068 mg Na 2 B 4 O 7 * 10 H 2 O oder m(b 4 O 7 2- ) = 0.5 * 0.1 mol/l HCl * M(B 4 O 7 2- ) * V HCl M(B 4 O 7 2- ) = g/mol QN-BIO, LMU,

14 Ionenautauscher (IAT) Regeneration: Das destillierte Wasser wird bis 3mm über der Oberfläche des IATs abgelassen. 50 ml 1 M HCl wird hineingegeben und wieder abgelassen. Es folgen 50 ml 6 M HCl. Anschliessend wäscht man ca. 4-5 mal mit je 50 ml H 2 O bis das Eluat (durchgelaufene Flüssigkeit) neutral reagiert (ph-papier). Der IAT darf nie trocken laufen!!! Probe: Man gibt 25 ml der vorbereiteten NaCl-Probelösung mit der Vollpipette in den IAT und lässt sie bis ca 3 mm über der IAT-Oberfläche ablaufen. Anschliessend wäscht man 3-4 mal mit je 50 ml H 2 O nach und fängt das gesamte Eluat in einem grossen Erlenmayerkolben auf, bis das aus dem IAT austretene Eluat neutral reagiert (ph-papier). Diese Lösung wird mit 3 Tropfen Phenolphthalein versetzt und mit 0.1 M NaOH-Lösung titriert. 1 ml 0.1 M NaOH = 0.1 mmol HCl = mg Na +. Komplexometrie Hierbei titriert man Metallionen direkt durch Hinzufügen eines Komplexbildners. Ein in der quantitativen Analytik häufig eingesetzter Komplexbildner ist Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA, Titriplex, Idranal ). Der zugegebene Indikator bildet mit dem zu bestimmenden Metallion selber einen schwachen farbige Komplex. Der zu titrierte Komplexbildener löst am Äquivalenzpunkt das Metallion aus dem Indikator, in dem er mit dem Metallion einen stärkeren Komplex eingeht. Dadurch ändert sich der Aufbau des Indikators und somit auch seine Farbe. Die Stabilität des Indikatorkomplexes ist wie auch die Stabilität des Metallion-Komplexes ph abhängig. (siehe Anhang Organische Reagenzien ) Bestimmung von Ca ml der Analysenlösung werden auf ein Volumen von 100 ml verdünnt. Nach Zugabe von 2 ml 2 molare HCl sowie einer Spatelspitze MgCl 2 (schärferer Umschlagspunkt) wird die Lösung mit 12 ml 2n NaOH versetzt, so daß ein ph-wert von resultiert. Es werden 5-10 Tropfen Calconcarbonsäure-Lösung oder 0,2g Calconcarbonsäureverreibung zugegeben. Unter kräftigem Rühren wird mit Titriplex III-Lösung (0,1m) bis zum Farbumschlag von weinrot nach reinblau titriert. Der Umschlag erfolgt recht schnell und deutlich. 1ml Titriplex III-Lösung (0,1m) entspricht 4,008 mg Ca. Bestimmung von Mg ml der Analysenlösung werden auf ein Volumen von 100 ml verdünnt und (wenn nötig) mit in Natronlauge annähernd neutralisiert. Es werden eine Indikator-Puffertablette und nach deren Lösung 1ml konz. Ammoniaklösung hinzugegeben. Dann wird mit Titriplex III -Lösung (0,1m) bis zum deutlich und schnell erfolgenden Umschlag von rot nach grün titriert. 1 ml Titriplex III-Lösung (0,1 m) entspricht 2,431 mg Mg. QN-BIO, LMU,

15 Bestimmung von Zn 2+ 50ml der Analysenlösung werden auf ein Volumen von 100ml verdünnt und (wenn nötig) mit Natronlauge annähernd neutralisiert. Es werden eine Indikator-Puffertablette und nach deren Lösung 1ml konz. Ammoniaklösung hinzugegeben. Dann wird mit Titriplex III -Lösung (0,1m) bis zum deutlich und schnell erfolgenden Umschlag von rot nach grün titriert. 1ml Titriplex III-Lösung (0,1 m) entspricht 6.537mg Zn. Oxidimetrie Bei dieser Titrationsmethode ändern sich die Wertigkeiten von Substanzen durch Elektronenübertragung (Redox Reaktion). Iodometrische Bestimmung von Cu 2+ Prinzip: Durch Iodid wird zweiwertiges Kupfer zu einwertigen reduziert und Iodid zu Iod oxidiert. Das frei gesetzte Iod wird durch Natriumthiosulfat wieder zu Iodid reduziert. Als Indikator dient Stärke, das mit elementarem Iod eine blaue bis blauschwarze Verbindung eingeht. Da das gebildete Iod durch Luftsauerstoff allmählich wieder oxidiert wird und zu dem noch recht flüchtig ist, muß relativ schnell titriert werden. 2 Cu I - 2 CuI + I 2 2 S 2 O I 2 S 4 O I - 50 ml Pobe der Cu(II) Lösung wird mit 50 ml 2n Schwefelsäure versetzt. Man gibt 4 g festes KI hinzu, mischt gründlich und titriert rasch mit 0,1n Na 2 S 2 O 3 -Lösung. Gegen Ende der Titration, wenn die Lösung nur mehr schwach gelb gefärbt ist, gibt man 2 ml Stärkelösung zu und titriert bis zum ersten völligen Verschwinden der Blaufärbung. 1 ml Na 2 S 2 O 3 -Lösung (0,1m) entspricht 6,354 mg Cu. Literatur: Das Skript ist nur ein Leitfaden zur erfolgreichen Durchführung des Praktikums und wurde aus verschiedenen Lehrbüchern sowie aus Skripten von Chemiefachschulen (speziell der Chemiefachschule Dr. E. Elhardt, München) und Universitäten (München und Berlin) zusammengestellt. Das Studium passender Literatur ist auf Grund der viel genaueren Beschreibung der Versuche unerläßlich. Geeignete Bücher sind bei der Praktikumsleitung zu erfragen. QN-BIO, LMU,

16 Anhang: Beispiele von instrumentellen Analysenmethoden: Aus einer Vielzahl analytischer Methoden ( Stichworte: Spektroskopie, Chromatographie, thermische Analyse, Elektrophorese, Elementaranalyse,... ) seien hier drei exemplarisch genannt: 1) Titrationen mit Hilfe von Titratoren: Gerade bei der Routineanalytik wird kaum mehr klassisch titriert, wie im Praktikum, sondern es kommen sog. Titratoren zum Einsatz. Bei diesen wird die Maßlösung durch Pumpen (mit Volumenmessung) der Analysenlösung zugegeben und der Äquivalenzpunkt durch elektrische Meßgeräte, z.b. Elektroden mit nachgeschalteter Elektronik, bestimmt. Vorteil ist, daß mehrere Proben hintereinander, automatisch und immer in gleicher Weise analysiert werden. Die Ergebnisse werden meist gleich mit dem gewünschter Resultat (z.b. mg Chlorid / l ) ausgedruckt. Im Photo ist der runde, drehbare Probenhalter (Autosampler) für die zu untersuchenden Lösungen zu sehen. So werden hier bis zu 20 Proben nacheinander und ohne Aufsicht abgearbeitet. 2) Die (Spektral-) Photometrie Ansicht eines Titrators (Fa. Mettler, 1998) Die Photometrie ist eine vielfach angewandte, kostengünstige, schnelle und einfache Analysenmethode in modernen Laboratorien. Diese Methode ist relativ empfindlich: Mit ihr können noch wenige Milligramm des zu untersuchen Stoffes quantitativ bestimmt werden. Die Photometrie beruht auf der Tatsache, daß ein Teil des durchtretenden Lichts durch die flüssige Probe geschwächt wird. Dabei wird die Eigenfärbung der Probe oder die Färbung der Probe durch Zugabe geeigneter Nachweisreagenzien bei einer bestimmten Wellenlänge ausgenutzt: Nachzuweisender Stoff (farblos) + Nachweisreagenz (farblos) Verbindung (farbig) Jeder Farbstoff besitzt ein individuelles Farbspektrum. Die geeignete Wellenlänge für die Bestimmung muß vorher bekannt sein, oder aus dem Spektrum bestimmt werden. Absorbtion (=Lichtschwächung) Farbstoff A Farbstoff B 1: Wellenlänge für Farbstoff B geeignet 2: Wellenlänge für Farbstoff A geeignet 1 2 Wellenlänge QN-BIO, LMU,

17 Der prinzipielle Aufbau eines Photometers: L O S M K E A Von einer Lichtquelle L werden, nach dem ein dünner Strahl durch die Optik O mit Spaltblende S ausgesondert wurde, bestimmte Wellenlängen durch Filter oder Prismen (Monochromator) M selektiert. Für z.b. orangefarbene Lösungen wird ein Filter der Komplimentärfarbe blau verwendet. Diese monochromatische Strahlung gelangt zur Küvette K, ein quaderförmiges Glasgefäß (ca. 1-5 ml Inhalt ), in der das durch die Lösung gehende Licht je nach Konzentration des Farbstoffes geschwächt wird. Das Licht gelangt zum Strahlungsempfänger E (Photozelle, Licht Elektrizität) und zur Intensitätsanzeige (Elektronik/ Computer/ Schreiber/ Drucker) A. Die Absorbtion (Schwächung des Lichtes) ist von einem Farbstoff spezifischen Faktor bei einer bestimmten Wellenlänge, der Dicke der durchleuchteten Schicht in der Küvette und der Konzentration des Farbstoffes abhängig (Lambert-Beersches Gesetz). Auswertung Abs. A(1) + X A (Pr) A(2) + X Kalibriergerade A(Bw) X 0 c(2) c(pr) c(1) Konzentr. Der Graph der Kalibrierfunktion mit sog. Kalibrierstandards, das sind Lösungen mit bekannten Konzentrationen ( c(1) und c(2), ergibt im Diagramm mit den zugehörigen Absorbtionswerten im Idealfall eine Gerade. Im Diagramm ist deutlich zu sehen, daß die Kalibriergerade nicht durch den Nullpunkt des Koordinatensystems geht. Das ist leicht dadurch zu erklären, daß die Küvette b.z.w. das Lösemittel auch ohne den zu bestimmenden Stoff eine Eigenabsorbtion hat. Diesen Wert nennt man Blindwert (hier Bw). Der Absorbtion einer unbekannten Probe A(Pr) kann leicht durch die gestrichelte Linie eine Konzentration c(pr) zugewiesen werden. Solche Kalibrierfunktionen finden sich in ähnlicher Form bei vielen quantitativen instrumentellen Analysenmethoden (z.b. Spektroskopie oder Chromatographie) wieder. QN-BIO, LMU,

18 Ansicht zweier Laborphotometer (Fa. Varian, 1998) 3) Messung des ph Wertes mit ph-glaselektroden In der Praxis wird meist der ph Wert mit sog. Glaselektroden gemessen. Diese etwa Kugelschreiber großen Elektroden bauen eine vom ph-wert abhängige elektrische Spannung auf, die durch spezielle Meßgeräte direkt als ph-wert angezeigt werden. Vorteil ist, daß auch trübe, gefärbte, oder aggressive wäßrige Lösungen untersucht werden können. Elektroden, die auch selektiv andere Ionen bestimmen können ( z.b. Natrium-, Calcium-, Fluorid-, Nitrationen ) sind erhältlich. Die Anschaffungs- und Betriebskosten sind relativ gering. ph-meter (Fa. Metrohm, 1998) Beispiel einer Routineanalyse In der Praxis werden Proben von Nadelbäumen z.b. nach folgender Methode auf bestimmte Elemente wie Ca, Mg, Fe, Zn, Cu, Mn, K, P und S untersucht: Einige Äste der beprobten Bäume werden ca. drei Tage bei 30 C getrocknet, die Nadeln separiert und anschließend in einer Mühle fein gemahlen (dadurch homogenisiert). Für die spektroskopische* Analyse wird ein Teil dieser Probe zwei Stunden bei 120 C getrocknet, davon 100 mg +/- 0,1 mg pro Analyse in einer speziellen Druckaufschlußapparatur eingewogen und bei 160 C mit 1 ml konz. Salpetersäure über Nacht aufgeschlossen*. Man überführt die mineralisierte, flüssige Probe, die ca. 5 mg Mineralstoffanteil enthält, in einen 25 ml Meßkolben, füllt mit zweifach destilliertem Wasser auf und analysiert spektroskopisch* wobei die eigentliche quantitative Messung ( alle oben genannte Elemente werden gleichzeitig erfasst) weniger als eine Minute/Analyse dauert. So werden pro Jahr mit drei Angestellten ca 1500 Baumproben (min. Doppelbesimmung = Aufschlüsse und Analysen ), einschließlich der Labordatenverwaltung, routinemäßig untersucht. *Erklärung siehe im Skript des qualitativen Praktikums unter Aufschuß bzw. Flammenfärbung QN-BIO, LMU,

19 Organische Reagenzien: (Quelle: Jander/Blasius, Lehrb. d. analy. u. präp. anorg. Ch., 12 Aufl., Hirzel Vlg, Stuttgart) Urotropin : (Kondensationsprodukt aus Ammoniak und Formaldehyd) N N N N Innere Komplexe: Magnesiumoxinat, 8- Hydroxichinolin (Bei Al drei Oxinate) Ni- Diacetyldioxim oder Bis(dimethyl-glyoximato)nickel II (Grenzstruktur) Komplexone: Ethylendiamintetraessigsäure Komplex (EDTA Komplex) QN-BIO, LMU,

20 Dreidimensionale Darstellung eines Metallion-EDTA Komplexes QN-BIO, LMU,

21 OH - O Phenolphthalein O CO - COO HO O farblose "saure Form" rote "basische Form" Methylrot HOOC - OOC (CH 3 ) 2 N N N (CH 3 ) 2 N N N rote "saure Form" gelbe "basische Form" QN-BIO, LMU,

22 Tabellen : (aus: Chem. Tab. u. Rechentafeln f. d. analyt. Praxis, Verlag Harri Deutsch, Thun u. Frankfurt/M ) Einige wichtige Molmassen in g/mol: Aluminium Al 26,982 Phosphor P 30,974 Barium Ba 137,33 Sauerstoff O 15,999 Bor B 10,81 Schwefel S 32,066 Chlor Cl 35,453 Stickstoff N 14,001 Eisen Fe 55,847 Wasserstoff H 1,008 Kalium K 39,098 Zink Zn 65,39 Kohlenstoff C 12,011 Magnesium Mg 24,305 Sulfat 2- SO 4 96,06 Molybdän Mo 95,94 Phosphat 3- PO 4 94,971 Natrium Na 22,990 Nickel Ni 58,69 Konzentrationen und Dichten wichtiger Lösungen (ca. Angaben) Lösung Gew % Mol % Dichte [g/ml] konz. H 2 SO ,84 verd. H 2 SO ,06 konz. HNO ,39 verd. HNO ,07 konz. HCl ,15 verd. HCl 7 2 1,03 konz. Essigsäure ,06 verd. Essigsäure ,02 konz. NaOH ,43 verd. NaOH 8 2 1,09 konz. Ammoniak ,91 verd. Ammoniak 4 2 0,99 H 2 O ,00 Einige Indikatoren und ihr Umschlagbereich Methylorange 3,0... 4,4 rot - orange Methylrot 4,4... 6,2 violettrot - gelborange Bromthymolblau 6,0... 7,6 gelb - blau Neutralrot 6,8... 8,0 rot - gelb Phenolphtalein 8, ,1 farblos - rot Fällungen ph Bereiche bei denen Metallionen als Hydroxide quantitativ gefällt werden: Fe 3+ : 2,2-7,0 Zn 2+ : 6,0-7,0 Mg 2+ : 10, Al 3+ : 3,8-6,5 Ni 2+ : 6,7-8,0 Fe 2+ : 5,8-8,5 QN-BIO, LMU,

23 ph Bereiche bei denen Metallionen als Oxinate quantitativ gefällt werden: Al 3+ : 4,2-9,8 Fe 3+ : 4,1-11,2 Ni 2+ : 4,6-10,0 Zn 2+ : 4,4-13,5 Mg 2+ : 8,7-10,0 Ca 2+ : 9,2-12,7 Filter: Filtertiegel Bezeichnung Porengröße Anwendungsbeispiele in µm A1/G grobkörniger Niederschlag A2/G kristalliner Niederschlag A3/G feine Niederschläge A4/G Analytik sehr feiner Niedersch. Papierfilter Schwarzband (Schleicher & Schüll Nr: 589/1) : grobflockiger Nds.( z.b. Hydroxide) Weißband (Schleicher & Schüll Nr: 589/2) : grobkristalliner Nds. Rotband (Schleicher & Schüll Nr: 589/5 ): mittlere Nds. Grünband (Schleicher & Schüll Nr: 589/6) : feine Nds ( z.b. BaSO 4 ) Blauband (Schleicher & Schüll Nr: 589/3) : sehr feiner Nds. und Trübungen Siedepunkte einiger Lösungsmittel P = polar (wasserlöslich), U = unpolar (benzinlöslich) Lösungsmittel C Aceton Ethanol (Alkohol) Methanol Wasser 56 P/U 78 P/U 65 P/(U) 100 P QN-BIO, LMU,