C8102 Speciální metody - laboratorní cvičení

Přírodovědecká fakulta
jaro 2009
Rozsah
0/0/7. 7 kr. (plus ukončení). Ukončení: kz.
Vyučující
Mgr. Aleš Hrdlička, Ph.D. (cvičící)
prof. RNDr. Přemysl Lubal, Ph.D. (cvičící)
doc. Mgr. Karel Novotný, Ph.D. (cvičící)
prof. Mgr. Jan Preisler, Ph.D. (cvičící)
doc. Mgr. Petr Táborský, Ph.D. (cvičící)
prof. RNDr. Libuše Trnková, CSc. (cvičící)
doc. Mgr. Tomáš Vaculovič, Ph.D. (cvičící)
Ing. Blanka Vrbková, Ph.D. (cvičící)
Garance
doc. Mgr. Karel Novotný, Ph.D.
Ústav chemie - Chemická sekce - Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: doc. Mgr. Karel Novotný, Ph.D.
Rozvrh
Po 8:00–14:50 Kontaktujte učitele
Předpoklady
! C6390 Fyz. metody org.chemie-cvič.
Je vhodné absolvovat před cvičením přednášky: Separační metody C7021, Atomová spektrometrie C7031, Molekulová spektrometrie C7041, Elektroanalytické metody C7050. Vhodná je C7830 Kapilární elektroforéza a C7895 Analytická hmotnostní spektrometrie.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je určen pouze studentům mateřských oborů.
Mateřské obory/plány
předmět má 15 mateřských oborů, zobrazit
Cíle předmětu
Hlavním cílem kurzu je osvojení si praktických dovedností v metodách optické spektroskopie, hmotnostní spektroskopie, elektroanalytických metodách a separačních analytických metodách. a) Molekulová fluorescence, UV/Vis spektrofotometrie, atomová emisní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem (ICP-AES), spektrometrie s využitím laseru (LA-ICP-OES a LIBS), jiskrová spektrometrie. b) Moderní elektroanalytické metody, eliminační voltametrie, rozpouštěcí voltametrie, potenciometrie, dielektrimetrie. c) Kapalinová chromatografie HPLC, izotachoforéza, plynová chromatografie, kapilární zónová elektroforéza, hmotnostní spektrometrie s průletovým analyzátorem a laserovou desorpcí/ionizací typu "matrix assisted" (MALDI-TOF-MS).
Osnova
  • A) Úvod do laboratorního cvičení, klasifikované testy: spektroskopie, elektroanalytické metody, separační metody. B) BLOK ELEKTROANALYTICKÉ METODY: 1. Stanovení dipólového momentu cyklohexanonu a/nebo cyklohexanolu (měření kapacity a permitivity kapalných dielektrik, polarizace dielektrika, Hedestrandova metoda, výpočet DM pomocí semiempirických metod, srovnání teoretického a experimentálně zjištěného DM). 2. Určení počtu vyměňovaných elektronů při redukci azidového derivátu v závislosti na pH (coulometrie s využitím ISESu jako on line jednotky pro sledování časové závislosti proudu spolu s integrací, sledování mechanismu elektrodové redukce a ohledem na pufrované a nepufrované prostředí) 3. Stanoveni koncentrace chloridů ve vzorcích mléčných výrobků (potenciometrická titrace, srovnání metody kalibrační křivky a metodou standardního přídavku, výhody a nevýhody těchto dvou přístupů) 4. Analýza krmné soli na těžké kovy (pomocí anodického strippingu v kombinaci s diferenční pulzní voltametrií jsou v krmné soli pro lesní zvěř sledovány těžké kovy, jako Cd, Pb, Cu a Zn koncentrace v jednotkách ppm) 5. Analytické využití nové elektrochemické metody eliminační voltametrie (na rtuťové elektrodě HMDE a na parafinem impregnované uhlíkové elektrodě PIGE jsou sledovány redukce a oxidace vybraných depolarizátorů, výhody EV pro elektroanalýzu, srovnání procesů na kapalné a pevné elektrodě, určení řídícího kroku v elektrodovém procesu - tzv. rate determining step pomocí vybraných eliminačních funkcí) C) BLOK SPEKTRÁLNÍ METODY 6. Analýza archeologických materiálů (kosti) optickou emisní spektrometrií s indukčně vázaným plazmatem. Vypracování metody pro ICP spektrometr Jobin-Yvon 170 Ultrace: výběr analytických čar, volba bodů pro korekci pozadí, kalibrační závislost, analýza reálných vzorků. 7. Diagnostika ICP - stanovení excitační teploty v ICP výboji z Boltzmannova zákona s použitím emisních intenzit čar železa a metodou 2 čar. Výpočet průměrné koncentrace elektronů v ICP výboji ze Starkova rozšíření čáry H 486,1 nm. 8. Molekulová fluorescenční spektroskopie - Fluorescenční stanovení chininu a riboflavinu. Určení emisních a excitačních maxim chininu a riboflavinu v roztoku, kalibrační křivka, stanovení obsahu riboflavinu (v tabletách) a chinin (v toniku) v reálných vzorcích 9. UV/VIS molekulová spektroskopie. Vícesložková spektroskopická a kinetická analýza. Stanovení dichromanu a manganistanu ve směsi 10. Analýza vzorků ocelí pomocí laserové ablace spojené s optickou spektrometrií indukčně vázaného plazmatu. Optimalizace parametrů laserové abalce. Naměření kalibrační závislosti a analýza reálných vzorků ocelí a půdních lisovaných tablet. 11. Analýza vzorků ocelí pomocí jiskrové spektrometrie. Zjištění interferencí měřených emisních čar. Kalibrace a analýza reálných vzorků ocelí. 12. Využití spektrometrie laserem buzeného plazmatu (LIBS) v analýze vzorků ocelí. Optimalizace parametrů laseru(zaostření laserového paprsku a energie pulzu laseru). Kalibrační závislosti a analýza reálných vzorků ocelí a půdních lisovaných tablet. D) BLOK SEPARAČNÍ METODY 13. Kapalinová chromatografie. HPLC - Stanovení obsahu inosinu, adenosinu a jejich 2’-deoxy-forem v modelové směsi – optimalizace a validace metody. 14. Izotachoforéza. Stanovení kyseliny glutamové v instantní polévce na přístroji EA 100 (Vila Labeco, SR) na dvoukolonovém systému (ITP-ITP) se zakoncentrováním. Stanovené množství je srovnáno s hygienickou normou. 15. Plynová chromatografie. Stanovení kofeinových derivátů v čaji pomocí plynové rozdělovací chromatografie (GLC) na přístroji Chrom 5. 16. CE-LIF, kapilární zónová elektroforéza s laserem indukovanou fluorescenční detekcí. Optimalizace experimentální sestavy. Stanovení meze detekce rhodaminu 6G. Separace rhodaminových barviv a značených biologických peptidů. 17. MALDI TOF MS, laserová desorpce a ionizace za účasti matrice ve spojení s průletovým analyzátorem. Kalibrace přístroje a stanovení molekulových hmotností vybraných analytů. Porovnání TOF analýzy peptidů a proteinů v lineárním modu a s reflektorem. Peptidové mapování, identifikace neznámého proteinu.
Literatura
  • CHURÁČEK, Jaroslav. Nové trendy v teorii a instrumentaci vybraných analytických metod. Vyd. 1. Praha: Academia, 1993. 387 s. ISBN 8020000100. info
  • KANICKÝ, Viktor, Vítězslav OTRUBA, Lumír SOMMER a Jiří TOMAN. Optická emisní spektrometrie v indukčně vázaném plazmatu a vysokoteplotních plamenech. 1. st. Praha: Academia, 1992. 152 s. Pokroky chemie 24. ISBN 80-200-0215-4. info
  • CHURÁČEK, Jaroslav. Analytická separace látek. 1. vyd. Praha: Státní nakladatelství technické literatury, 1990. 384 s. ISBN 80-03-00569-8. info
  • SOMMER, Lumír. Analytical absorption spectrophotometry in the visible and ultraviolet : the principles. Amsterdam: Elsevier, 1989. 310 s. ISBN 0-444-98882-38. info
  • Analytická příručka. Díl I [Zýka, 1988]. Edited by Jaroslav Zýka. 4. upr. vyd. Praha: SNTL - Nakladatelství technické literatury, 1988. 678 s. info
  • Analytická příručka. Díl II [Zýka, 1988]. Edited by Jaroslav Zýka. 4. upr. vyd. Praha: SNTL - Nakladatelství technické literatury, 1988. 831 s. info
  • Vysoká škola chemicko-technologická (Pardubice). Katedra analyti. Pokroky v teorii a instrumentaci moderních analytických metod. Edited by Jaroslav Churáček. 2. přeprac. a dopl. vyd. Pardubice: Vysoká škola chemicko-technologická, 1988. 193 s. info
  • HOLZBECHER, Záviš a Jaroslav CHURÁČEK. Analytická chemie [Holzbecher, 1987]. 1. vyd. Praha: Státní nakladatelství technické literatury, 1987. 663 s. info
  • SOMMER, Lumír. Analytická spektrometrie. 1. 1. vyd. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1986. 173 s. info
  • KORYTA, Jiří. Současné trendy v elektrochemii. 1. vyd. Praha: Academia, 1986. 128 s. info
  • Nové směry v analytické chemii. Svazek II. Edited by Jaroslav Zýka. 1. vyd. Praha: Státní nakladatelství technické literatury, 1984. 218 s. info
  • BARTUŠEK, Miloš. Úvod do elektroanalytických metod. 1. vyd. Praha: SPN, 1984. 104 s. : i. info
  • CHURÁČEK, Jaroslav. Úvod do vysokoúčinné kapalinové kolonové chromatograrie. 1. vyd. Praha: SNTL - Nakladatelství technické literatury, 1984. 188 s. info
  • DVOŘÁK, Jiří a Jiří KORYTA. Elektrochemie [Dvořák, 1983]. 3. dopl. a rozš. vyd. Praha: Academia, 1983. 410 s. info
  • Nové směry v analytické chemii. Svazek I. Edited by Jaroslav Zýka. 1. vyd. Praha: Státní nakladatelství technické literatury, 1983. 199 s. info
  • CHURÁČEK, Jaroslav a Pavel JANDERA. Separace látek : kapalinová vysokoúčinná kolonová chromatografie. 1. vyd. Praha: SNTL - Nakladatelství technické literatury, 1981. 140 s. info
  • SOMMER, Lumír. Teorie a praxe vybraných optických analytických metod. 1. vyd. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1978. 285 s. info
Metody hodnocení
Laboratorní cvičení probíhá ve třech uzavřených cyklech: optické metody, elektroanalytické metody, separační metody (+MALDI-MSTOF). Úlohy se zpravidla provádějí po individuální domluvě s vyučujícím. Klasifikovaný zápočet je udělen po absolvování všech úloh a odevzdání protokolu a jeho odsouhlasení vyučujícím, který danou úlohu vede.
Informace učitele
Příprava do speciálního cvičení. Návody k úlohám jsou uveřejněny na webové stránce (Dr. Preisler, pouze úlohy č. 16 a 17: http://bart.chemi.muni.cz/courses.htm), (Doc. Trnková - elektrochemie: http://cheminfo.chemi.muni.cz/ktfch/trnkova/elanalmet/elanalmet_cv.htm ) (úlohy č. 6, 7, 10-12: http://www.chemi.muni.cz/~lpca/skripta2.html) či jsou k dispozici u vyučujících (Ing. Hegrová, Doc. Lubal, Dr. Táborský). Každé cvičení bude zahájeno písemným testem nebo pohovorem. Garanti jednotlivý bloků: elektroanalytická část: Doc. Trnková, optická část: Doc. Lubal, Dr. Novotný, Dr. Hrdlička, Dr. Táborský, separační část: Ing. Hegrová, Doc.Preisler, Dr. Malá. Kritéria pro hodnocení úloh speciálního cvičení: Teoretická příprava ke cvičení (test, pohovor). Experimentální zručnost a pečlivost, pořádek a čistota při práci, řádné záznamy v pracovním deníku, kvalitní vypracování protokolu, dodržování termínu odevzdání a oprav protokolu (následující cvičení), správné experimentální výsledky. Klasifikovaný zápočet se uděluje jako průměr z dílčích známek od vedoucích jednotlivých úloh a to s ohledem na výše uvedená kritéria. Požadované znalosti: ovládnout teorii dané metody a prostudovat praktické provedení úlohy podle návodu. Elektroanalytická část - znalost základních fyzikálních pojmů: elektrické veličiny a jejich jednotky, zapojení měřicích přístrojů (A, V) do obvodu, Kirchhoffovy zákony, Ohmův zákon, dělič napětí. Znalost základních pojmů z elektrochemie: potenciál elektrody, rozkladné napětí, svorkové napětí, elektromotorické napětí, druhy přepětí při elektrodových dějích, elektrodové děje na katodě a anodě z různých materiálů (Pt, Cu) a v různých elektrolytech (H2SO4, Na2SO4, CuSO4 ), polarizační křivky, depolarizátor, polarizovatelná a ideálně nepolarizovatelná elektroda, Nernstova rovnice, Nikolského rovnice, Hendersonova rovnice, Faradayův zákon. Spektroskopická část (včetně hmotnostní spektrometrie): Instrumentace: monochromátor, polychromátor, budicí zdroje v emisní spektroskopii, zdroje záření v absorpční spektroskopii, dispersní prvky, detektory. Pojmy: lineární a úhlová disperse, rozlišovací schopnost, spektrální šíře pásma monochromátoru, spektrální čára, emisní a absorpční přechody, teplota plazmatu, koncentrace elektronů, singlet, dublet, triplet, resonanční spektrální čára, samoabsorpce, Boltzmannův zákon, Sahova rovnice, Planckův zákon, Bouguert-Lambert-Beerův zákon, absorpce, emise, fluorescence (atomové i molekulové procesy), intenzita fluorescenční čáry, teorie barevnosti, chromofory. Hmotnostní spektrometrie s laserovou desorpcí/ionizací: princip laseru, princip hmotnostní spektrometrie, různé typy spektrometrů, interakce laserového paprsku se vzorkem a matricí. Separační část: HPLC: retenční čas, mrtvý čas, redukovaný retenční čas, šířka zóny v polovině výšky, šířka zóny při základně, výška zóny, rozlišení, kapacitní poměr, retenční poměr, teoretické patro (počet teoret. pater, výška teoret. patra, počet efektivních pater, výškový ekvivalent teoretického patra, redukovaný výškový ekvivalent T.P.), eluce gradientová, isokratická. TLC: retardační faktor, chromatografická komora, způsoby identifikace, kvantita v TLC, preparativní dělení, hodnoty R a jejich význam. IEC: podstata ionexů, rozdělení podle ionogenních skupin, kapacita ionexu, kapacita kolony. Elektroforéza, izotachoforéza: elektroforetická pohyblivost, intenzita el. pole, rychlost pohybu nabité částice v el. poli, tlumivé roztoky, základní elektrolyty, elektrokinetické vzorkování, elektroosmotický tok.
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně.
dle oboru.
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2008 - akreditace, jaro 2011 - akreditace, jaro 2000, jaro 2001, jaro 2002, jaro 2003, jaro 2004, jaro 2005, jaro 2006, jaro 2007, jaro 2008, jaro 2010, jaro 2011, podzim 2011, podzim 2011 - akreditace, podzim 2012, podzim 2013, podzim 2014, podzim 2015, podzim 2016, podzim 2017, podzim 2018, podzim 2019, podzim 2020.