Meten en Maken 1. Toets Harris

Transcriptie

1 Meten en Maken 1 Toets Harris Deze toets bestaat uit vier opgaven die allemaal even zwaar tellen. De vier opgaven bestaan allemaal uit deelvragen. Maak elke opgave op een apart antwoordblad. Vermeld op ieder antwoordblad je naam, studentnummer en versienummer. Laat duidelijk zien hoe je aan een antwoord komt. Noteer elk antwoord met het juiste aantal significante cijfers. Gebruik voor het berekenen van de molmassa s het periodiek systeem op de binnenkant van Harris. Wanneer niet duidelijk is hoe je aan het antwoord van een berekening komt, kunnen er bij een rekenfout geen punten worden toegerekend. Onleesbare antwoorden zijn ook fout. Schrijf alleen met pen, niet met potlood. Eerst met potlood schrijven en dan met pen overtrekken wordt niet op prijs gesteld. Tip: Lees de vraag goed, en geef ook het antwoord op de vraag. Als er dus staat dat je een grafiek moet maken met concentraties in mg L -1, doe dat dan ook! Houd de beschikbare tijd in het oog. Advies: Trek voor elke opgave ongeveer 35 minuten uit. Besteed de resterende tijd om nog eens rustig je antwoorden door te lezen. De toetsresultaten worden zo spoedig mogelijk bekend gemaakt. Verantwoordelijke docent is dr. P.S. Peijzel. Veel succes!

2

3 Vraag 1: AAS Je hebt een buis gevonden van zeer hard staal. Staal bevat voornamelijk ijzer en koolstof, maar kan ook sporen van andere metalen bevatten. Soms worden deze metalen bewust toegevoegd om de eigenschappen van het staal te beïnvloeden. Door de hardheid van de stalen buis vermoed je dat er een ander metaal is toegevoegd. Een kobaltbepaling wees uit dat het gehalte kobalt erg laag is. Je besluit om dan ook maar het mangaangehalte te bepalen. De te gebruiken analysetechniek is AAS, maar je wilt ook UV-VIS proberen. Je lost het staalmonster op in salpeterzuur. Hiervoor weeg je 0,2438 g staalmonster af en dit los je op in 20 ml 8 M salpeterzuur. Na licht verwarmen lost alle vaste stof op en je houdt een heldere gele oplossing over. a) Wanneer je het UV-VIS absorptiespectrum van deze oplossing zou meten, in welk golflengtegebied verwacht je dan het absorptiemaximum? (Gebruik tabel 18-1) De gele oplossing breng je over in een maatkolf van 250 ml en vul je aan tot de streep met demiwater. Dit noemen we de staaloplossing. b) Bij het oplossen van het ijzer (en andere metalen) gebruik je salpeterzuur. De oplossing moet na verdunnen nog steeds zuur genoeg zijn. Toch moet je opletten wat de ph is. Waarom mag de ph bijvoorbeeld niet onder de 1 komen als je AAS metingen wilt doen? De ph mag ook niet te hoog zijn als er Fe 3+ ionen aanwezig zijn. Dan zou er Fe(OH) 3 kunnen neerslaan en dan verstopt de branderkop. Uit Fe 2+ -ionen worden aan de lucht zeer gemakkelijk Fe 3+ -ionen gevormd. Fe(OH) 3 is veel slechter oplosbaar dan Fe(OH) 2. Het oplosbaarheidsproduct van Fe(OH) 3 is mol 4 L -4. c) Bereken wat de ph maximaal mag zijn om 1 mg L -1 Fe 3+ (of circa Mol L -1 ) stabiel in oplossing te houden. Terug naar de mangaanmeting. Voor het maken van de ijkreeks maak je eerst een voorraadoplossing. Je lost in een 250 ml maatkolf 182,40 mg MnCl 2.4H 2 O op in 100 ml 0,1 M salpeterzuur en vult aan tot de streep. d) Wat is de mangaanconcentratie (in mg L -1 ) van deze voorraadoplossing? Uit deze voorraadoplossing bereid je de ijkreeks door 1,00 tot en met 6,00 ml te pipetteren in maatkolfjes van 100 ml en deze aan te vullen met 0,1 M salpeterzuur. Voor de blanco neem je 0,1 M salpeterzuur. Uit de staaloplossing bereid je drie AAS monsters door 5,00 ml van deze oplossing te pipetteren, en dit in maatkolven van 50 ml aan te vullen met 0,1 M salpeterzuur. e) Waarom staat hier telkens 0,1 M salpeterzuur en niet 0,100 M salpeterzuur?

4 Je meet met AAS de blanco, de ijkreeks en het monster. In onderstaande tabel staan de extincties die gemeten zijn verzameld. Extinctie Blanco 0,000 IJk 1 0,128 IJk 2 0,252 IJk 3 0,369 IJk 4 0,490 IJk 5 0,612 IJk 6 0,730 Monster 1 0,420 Monster 2 0,429 Monster 3 0,422 f) Maak een grafiek in Powerfit waarin je de extinctie uitzet tegen de mangaanconcentratie. Bepaal het 95% betrouwbaarheidsinterval voor de mangaanconcentratie in het monster. g) Bepaal het 95% betrouwbaarheidsinterval voor het massapercentage mangaan in het staal.

5 Vraag 2: UV-Vis Met zowel AAS als UV-Vis kan je concentraties van metaalionen in een oplossing meten. Beide technieken hebben overeenkomsten, maar er zijn ook duidelijke verschillen. a) Noem 4 verschillen tussen AAS en UV-Vis (dat mag theoretische achtergrond zijn, maar je mag ook practische aspecten noemen). Lang niet alle metaalionen kunnen direct met UV-Vis gemeten worden. Soms is de extinctiecoëfficiënt te laag. Een betrouwbare extinctiemeting heeft een extinctie tussen 0,10 en 1,50. b) Geef de grenzen van dit betrouwbare gebied in % transmissie. Je wilt een stof X met molmassa 88,3 bepalen bij 600 nm. Gegeven is dat een concentratie van 12,0 mg L -1 in cuvetten van 1,00 cm een extinctie geeft van 0,050. c) Wat is de molaire extinctiecoëfficiënt van X? Wanneer een metaalion van zichzelf niet voldoende absorbeert, kan je een complexvormer toevoegen. Het gecomplexeerde metaalion heeft dan een veel hogere extinctiecoëfficiënt, en je kan dan lagere concentraties ook goed meten. Je kan ook metaalionen gebruiken om anionen te complexeren en zo de concentratie van bepaalde anionen te bepalen. Een voorbeeld is de bepaling van fosfaat. Fosfaationen kunnen omgezet worden in een blauwe stof: H 3 PO 4 (MoO 3 ) 12. Het voorschrift is: Je maakt drie standaardoplossingen, A B en C. A. KH 2 PO 4 (136,09 g mol -1 ): 81,37 mg oplossen in ml water B. Na 2 MoO 4.2H 2 O: 1,25 g in 50 ml 5 M H 2 SO 4 C. hydrazine sulfaat: 0,15 g in 100 ml water Procedure: Neem een monster (een onbekende, of de standaardoplossing A) en doe dit in een 5 ml maatkolf. Voeg 0,500 ml B en 0,200 ml C toe. Verdun tot bijna 5 ml met water, en verwarm gedurende 10 minuten bij 100 graden. Er wordt nu het blauwe product H 3 PO 4 (MoO 3 ) 12 gevormd. Koel weer af, en vul aan tot de streep met water. Meng de inhoud van de kolf goed, en meet in een 1,00 cm cuvet de extinctie bij 830 nm. d) Wanneer 0,140 ml van oplossing A op bovenstaande wijze werd geanalyseerd, werd een extinctie van 0,829 gemeten. Een blanco die door dezelfde procedure werd gemeten had een extinctie van 0,017. Wat is de molaire extinctiecoëfficiënt van het blauwe product? Een oplossing van het fosfaat bevattende eiwit ferritine werd geanalyseerd volgens bovenstaande procedure. Het monster bevatte 1,35 mg ferritine, wat werd ontleed in een volume van 1,00 ml om al het fosfaat vrij te maken. Vervolgens

6 werd met 0,300 ml van deze oplossing bovenstaande fosfaatbepaling uitgevoerd. Een extinctie van 0,836 werd gevonden. De blanco gaf een extinctie van 0,038. e) Wat is het massapercentage fosfor (dat voorkomt als fosfaat) in ferritine?

7 Vraag 3: Ion selectieve elektrodes en ph Twee studenten, Jeroen en Robert, hebben het tijdens hun lunch over ion selectieve elektrodes. Robert merkt op dat de ph-elektrode eigenlijk ook een ion selectieve elektrode is, je meet tenslotte H + -ionen. Jeroen zegt dat dat wel zo kan zijn, maar dat natriumionen in de oplossingen erg kunnen storen. a) Leg uit waarom natriumionen zouden kunnen storen bij ph-metingen. Ik verwacht een simpel antwoord, dus denk niet dat dit een strikvraag is. b) Waar verwacht je de grootste storing van natriumionen, in een zure of een basische oplossing? En waarom? Terwijl Robert in de verte staart en nadenkt over het antwoord op vraag a, haalt Jeroen een blikje cola. Buffer, mompelt Robert. Huh? is de reactie van Jeroen. Met fosforzuur kan je een buffer maken, en in cola zit fosforzuur. Meteen klaar voor de strijd worden fosforzuur, ph-meter en natronloog gehaald. Er staat: 0,80 M fosforzuur en 1,0 M natronloog. c) Hoe maak je hiermee 50 ml van een buffer van ph 7,0 die 0,20 M is in totaal fosfaat concentratie? Je hebt uiteraard ook demiwater en pipetten. (Gebruik de Kz waarden van fosforzuur, die staan in een van de appendices in Harris.) Robert neemt na deze berekening gauw een slok melk. Ook melk is een buffer, maar Jeroen wil eigenlijk wel het calciumgehalte bepalen in de melk. Met een ion selectieve elektrode voor calcium. Omdat Jeroen en Robert hard geleerd hebben voor de Harris toets weten ze meteen te roepen dat zo n elektrode een respons geeft zoals beschreven is in vergelijking De waarde van β is 0,970. De selectiviteitscoëfficiënten voor verschillende ionen bij deze elektrode staan in onderstaande tabel: Storend ion Y k Ca 2+,Y Mg 2+ 0,040 Ba 2+ 0,021 Zn 2+ 0,081 In een oplossing die 1,00 x 10-3 M Ca 2+ is, was het gemeten potentiaalverschil +300mV. d) Wat zal het potentiaalverschil zijn als de oplossing dezelfde calciumconcentratie had, en daarnaast ook (alle 3 tegelijk) 1,00 x 10-3 M Mg 2+ ; 1,00 x 10-3 M Ba 2+ en 5,00 x 10-4 M Zn 2+. e) Wanneer de drie storende ionen allemaal in dezelfde concentratie aanwezig zijn, welke stoort de meting dan het meest met de calciummeting?

8 Vraag 4: chromatografie a) De retentietijd in een GC zijn 1,21 minuten voor CH 4, 7.33 minuten voor hexaan, 7,66 minuten voor X en 8,41 minuten voor heptaan. Bereken de Kovats retentie index van stof X. b) Kijk eens naar tabel Wat is de elutievolgorde van een mengsel van: hexaan, heptaan, octaan, nonaan, benzeen, nitropropaan en pyridine op de volgende drie kolommen: a. (diphenyl) 0,05 (dimethyl) 0,95 polysiloxaan b. (cyanopropylphenyl) 0,14 (dimethyl) 0,86 polysiloxaan c. (biscyanopropyl) 0,9 (cyanopropylphenyl) 0,1 polysiloxaan c) Een mengsel van polaire stoffen werd gescheiden op een bonded phase diol HPLC kolom. Wat is de invloed op de retentietijden wanneer het eluens wordt veranderd van 40% naar 60% acetonitril in water? d) Beschrijf kort hoe de vlamionisatiedetector werkt. e) Geef een voorbeeld van een scheiding die makkelijker met HPLC te doen is dan met GC. Leg kort uit waarom je dit denkt. f) Geef ook een voorbeeld van een scheiding waarbij GC de voorkeur heeft boven HPLC. Geef ook hier een korte toelichting.