laboratorio di chimica analitica

Transcript

H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
bu
y
.d o
LABORATORIO DI CHIMICA ANALITICA
1) Determinazione della durezza dell’acqua tramite titolazione complessometrica
L’acqua «dura» è quella ricca di sali disciolti, per cui provoca incrostazioni e depositi. Tale proprietà
è dovuta in massima parte alla presenza di ioni calcio e magnesio (Ca2+ e Mg2+), e solo in minima
parte ad altri cationi (quali Fe3+). La presenza di calcio non è dannosa per la salute, e
l’acqua può essere considerata potabile anche se è molto dura. Un limite comunemente adottato è di
500 mg/L (espresse come CaCO3).
Tale limite è dettato essenzialmente da motivazioni economiche, perché, oltre ai danni provocati
dalle incrostazioni, i sali di calcio riducono l’efficacia dei detersivi, in quanto formano sali insolubili.
È infatti noto che l’acqua di montagna, solitamente povera di sali, risciacqua con difficoltà le ultime
tracce di sapone, che continuano a sciogliersi e a produrre schiuma.
Per ridurre i danni causati dalla durezza sono stati sviluppati dei trattamenti specifici delle acque: ai
detersivi vengono aggiunti agenti complessanti (zeoliti, fosfati, policarbossilati) che rendono poco
disponibili gli ioni Ca2+; nelle acque di caldaia bisogna eliminare completamente gli ioni che
provocherebbero depositi.
La concentrazione di calcio e magnesio può essere determinata analiticamente per mezzo di
titolazioni con acido etilendiamminotetraacetico (EDTA):
HOOC
HOOC
N
N
COOH
COOH
La forma meno igroscopica di questa molecola, e quella che si trova normalmente in commercio, è il
sale bisodico biidrato Na2[H2EDTA]· 2 H2O (P.M. = 372.24 g/mol).
Nella sua forma completamente deprotonata EDTA4- ha ben sei gruppi basici, che possono legarsi ai
cationi Mn+ e formare complessi chelati a formula [M-EDTA](4-n)-. N.B. si tratta di molecole in cui l’
EDTA è legato covalentemente al catione, sempre in rapporto molare 1:1, indipendentemente dalla
natura e dalla carica del catione. Tipicamente, i sei bracci del legante assumono coordinazione
m
w
o
m
c u-tr a c
C
lic
k
to
Corso di Laurea in Scienze e Tecnologie
o
.d o
Università degli Studi di Milano-Bicocca
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
c u-tr a c
N
y
bu
to
k
lic
ottaedrica attorno allo ione centrale. La struttura allo stato solido del complesso [Mn(III)EDTA] esemplifica questa geometria:
L’EDTA forma complessi stabili con moltissimi cationi, e quindi sono state sviluppate metodologie
di analisi per determinare, tramite una titolazione complessometrica, la concentrazione di molte
specie chimiche ivi inclusi molteplici anioni, attraverso analisi indirette. La versatilità del metodo,
però, rende necessaria una scelta oculata delle condizioni operative (in primo luogo il pH e l’
indicatore) per rendere selettiva l’analisi.
La stabilità dei complessi dipende fortemente dal pH del mezzo: i sei “bracci”del legante possono
dissociare dal catione metallico e legarsi ad H+, spostando verso destra l’equilibrio
[M-EDTA](4-n)- + mH+ → [HmEDTA](4-m)- + Mn+
Quindi, per ogni specifico catione esiste una concentrazione massima di H+ (pH minimo) oltre la
quale non è possibile effettuare l’analisi. Per Ca2+ ed Mg2+ (vedi grafico) tale pH è circa 9.5-10, che
può essere facilmente ottenuto con un tampone ammoniacale.
.d o
o
w
m
C
m
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
y
bu
k
lic
competere con l’EDTA per il catione e che cambi colore a seconda della forma in cui si trova. In
presenza di M libero, l’indicatore è complessato e la soluzione apparirà di un colore. Quando invece
tutto M è coordinato da EDTA (punto di equivalenza), la soluzione cambierà nettamente colore
(viraggio), segnalando la fine della titolazione:
+
M - Indicatore
→
[M - EDTA]
colore 1
+
Indicatore
colore 2
Gli indicatori sono molteplici, hanno nomi commerciali che ne ricordano l’utilizzo e possono essere
scelti in funzione del catione da analizzare e di quelli che possono verosimilmente interferire. ERIO T
è tra i più comuni, va benissimo per molti ioni, compreso il magnesio, ma non per il calcio. La
Muresside ed il Calcon sono specifici per quest’ultimo.
La durezza può essere espressa come concentrazione di Ca2+ (in mg/L o mmoli/L). Una unità di
misura che è ancora molto usata è la durezza in gradi (°) che può essere definita come mg di
CaCO3/100 mL di acqua. La massa molare di CaCO3 è 100 g/mole, per cui se si analizzano 100 mL
.d o
m
o
w
Per cogliere il punto di equivalenza è necessario un indicatore, una sostanza che sia in grado di
EDTA
C
m
c u-tr a c
to
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
c u-tr a c
N
y
bu
to
k
lic
di acqua con una soluzione di EDTA 0.01 M, la durezza è ricavabile senza alcun calcolo
stechiometrico.
Infatti se analizziamo 100 mL di acqua a °F gradi, stiamo trattando proprio F mg di CaCO3, pari a
F/100 mmoli di Ca2+. Il punto di viraggio si avrà quando sono state introdotte F/100 mmoli di
EDTA, corrispondenti ad un volume F/100 * 0.01-1= F mL di soluzione di EDTA. In conclusione,
il volume (in mL) di titolante utilizzato sarà numericamente (ma non dimensionalmente) uguale alla
durezza in gradi.
Nell’ambito di questo laboratorio, si eseguiranno due analisi in condizioni diverse, per determinare
sia il magnesio che il calcio. Una prima analisi, a pH 10, usando come indicatore ERIO T, servirà a
determinare la somma dei due cationi; poiché EDTA complessa prima il calcio e poi il magnesio, ma
l’indicatore segnala quest’ultimo, si avrà il viraggio quando le moli di EDTA aggiunte saranno
uguali alla somma delle moli di Ca2+ e Mg2+ presenti. In una seconda fase, si opererà a pH molto più
alto, precipitando il magnesio sotto forma di Mg(OH) 2 e si titolerà solo il Ca2+ residuo (indicatore
Calcon).
A) Preparazione della soluzione di EDTA 0.01 M.
Si pesano su bilancia analitica 2.5 mmoli di Na2[H2EDTA]· 2 H2O (P.M. = 372.24 g/mol) e si
trasferiscono in matraccio da 250 mL. Si riempie circa per ¾ con acqua distillata e si scioglie
completamente. Si porta poi a volume, aggiungendo acqua fino alla tacca e si agita vigorosamente
per omogeneizzare la soluzione. Tale soluzione viene trasferita nella buretta, assicurandosi che sia
pieno anche il beccuccio al di sotto del rubinetto.
Si calcola la concentrazione effettiva della soluzione preparata.
B) Titolazione simultanea di Ca2+ e Mg2+ (durezza totale)
Si misurano esattamente (con pipetta) 50 mL di acqua da analizzare e si trasferiscono in una beuta.
Si aggiungono 25 mL si soluzione tampone ammoniacale, ed una punta di spatola di ERIO T. Si
titola poi con EDTA, fermandosi quando il colore della soluzione cambia definitivamente da rosso a
blu.
Si calcola la concentrazione totale (in mmoli/L) di calcio e magnesio, e la durezza in gradi.
ATTENZIONE: se sono presenti molti ioni idrogenocarbonato, [HCO3-], a pH 10 si formerà un
precipitato di CaCO3 che può anche essere invisibile. Questo precipitato tenderà a sciogliersi
lentamente man mano che la titolazione procede, ed il colore della soluzione oscillerà ripetutamente
.d o
o
w
m
C
m
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
c u-tr a c
N
y
bu
to
k
lic
tra blu e rosso. La titolazione sarà conclusa solo quando tutto il CaCO3 sarà sciolto, per cui il colore
non muterà più. Se ciò si verifica, per rendere più veloce l’analisi, può essere opportuno aggiungere
preventivamente 1-2 mL di HCl concentrato e bollire un minuto, per eliminare i carbonati sotto
forma di CO2. Solo a questo punto si raffedda, si neutralizza con la soluzione di KOH a disposizione
e si segue la procedura standard.
C) Titolazione di Ca2+
Si misurano esattamente (con pipetta) 50 mL di acqua da analizzare e si trasferiscono in una beuta.
Si aggiungono 8 mL di KOH 8 M, si aggiungono circa 50 mL di acqua e si omogeneizza agitando. Si
lascia riposare per 5 minuti, durante i quali si formerà un precipitato di Mg(OH)2 (che può anche
essere invisibile). Si aggiunge una punta di spatola di Calcon, e si aggiunge gocciolando la soluzione
di EDTA, fino a che la soluzione vira dal rosso al blu.
Si calcola la concentrazione (in mmoli/L) di calcio e, per differenza, quella di magnesio. Trasformare
le due concentrazioni in ppm (parti per milione).
ATTENZIONE: se l’acqua è ricca di carbonati, bisogna procedere come al punto precedente.
.d o
o
w
m
C
m
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
y
bu
k
lic
Risultati della titolazione
Gruppo composto da
_____________________________________________________________________
_______________________________________________________________
Campione analizzato
______________________________________________________________________________
Soluzione di EDTA
peso di EDTA (in mg)
mmoli di EDTA
Molarità effettiva della soluzione (mmoli/ml)
Prima titolazione
Volume di titolante (ml)
Ca2+ + Mg2+ (mmoli)
Durezza totale (mg CaCO3/litro)
Durezza (°)
Seconda titolazione
Ca2+ (mmoli)
[Ca2+] (mmoli/litro)
Ca2+ (ppm , mg/litro)
Mg2+ (mmoli)
[Mg2+] (mmoli/litro)
Mg2+ (ppm)
.d o
m
o
w
Determinazione della durezza dell’acqua
Volume di titolante (ml)
C
m
c u-tr a c
to
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
y
bu
k
lic
2) Determinazione della Ka di un acido debole monoprotico
L’esperienza è rivolta alla determinazione della costante di dissociazione mediante titolazione
potenziometrica.
Procedimento
Un acido debole HA è ionizzato solo parzialmente in soluzione acquosa, secondo l’equilibrio:
HA + H2O
H3O+ + A-
Ka = [H3O+] [A-] / [HA]
a T costante
Si conduce una titolazione di una quantità nota dell’acido con una soluzione titolata di NaOH,
operando per via potenziometrica. La curva di titolazione dell’acido ottenuta riportando in grafico il
pH misurato contro i ml di NaOH aggiunti viene utilizzata per risalire alla costante di dissociazione
acida. Non è importante in questo caso determinare solo il punto di equivalenza, ma piuttosto
registrare le variazioni di pH della soluzione durante l’intera titolazione.
Dall’espressione di azione di massa si ottiene:
-log Ka = -log [H3O+] - log ([A-] / [HA])
cioè:
pKa = pH - log ([A-] / [HA])
e quindi:
pH = pKa + log ([A-] / [HA])
si vede che quando [A-] = [HA] (punto di mezza titolazione) si ha pH = pKa; una determinazione
accurata del pH in questa situazione risulta però difficile poiché la curva di titolazione in questa parte
cresce molto lentamente. Si sfrutta allora il fatto che l’ultima equazione ricavata sopra è quella di una
retta. Riportando in grafico sull’asse delle ordinate il pH e su quello delle ascisse log ([A -] / [HA]) o
log (moli A- / moli HA) si ha una retta di coefficiente angolare unitario e di intercetta pKa. Nel
calcolo del rapporto (moli A- / moli HA) si potrà, punto per punto, assumere per il numeratore un
valore pari al numero di moli di base aggiunta e per il denominatore un valore pari al numero di moli
iniziali di HA meno le moli di base aggiunta. Ciò si potrà fare, con buona approssimazione, per i
punti compresi tra circa il 10 % ed il 90 % del processo di titolazione. Gli errori che si commettono
operando in questo intervallo sono piccoli e nei limiti di accuratezza delle misure di pH.
.d o
o
w
m
C
m
c u-tr a c
to
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
c u-tr a c
N
y
bu
to
k
lic
Apparecchiature e materiali
-
n° 1 matraccio tarato da 100 ml
-
n° 1 buretta da 25 ml
-
n° 2 beakers da 150 ml
-
n° 2 imbuti di vetro piccoli
-
n° 1 agitatore magnetico
-
pHmetro
-
elettrodo a vetro combinato
-
soluzione standard 0,1 N di NaOH
-
soluzioni tampone a pH 7 e 4
-
acido debole solido
Esecuzione
1. accendere il pHmetro ed eseguire la taratura con il tampone a pH 7 e a pH 4;
2. pesare accuratamente 0,2 - 0,25 g di acido debole e trasferirli nel matraccio tarato da 100 ml
portando a volume con acqua distillata;
3. trasferire nel beaker tutto l’acido debole preparato;
4. inserire l’ancoretta magnetica e l’elettrodo a vetro nel beaker;
5. agitare con l’agitatore magnetico, fare attenzione a non provocare spruzzi;
6. registrare il pH iniziale
7. cominciare la titolazione, sempre sotto agitazione, aggiungendo 0,5 ml di NaOH per volta e
registrare il pH assieme al volume di titolante aggiunto, riportando i valori sia in una tabella
sia direttamente in grafico. In prossimità del punto equivalente è consigliabile effettuare
aggiunte di titolante di 0,2 ml. Ciò si verifica quando si notano scostamenti di 0,3 - 0,4 unità
di pH.
8. finita la titolazione, rimuovere l’elettrodo sciacquandolo ed immergendolo nell’apposito
portaelettrodo; spegnere il pHmetro.
.d o
o
w
m
C
m
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
y
bu
k
lic
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
Titolo NaOH ____________
mL da NaOH
pH
A-
AH
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
mol A- = mol NaOH aggiunte
mol HA = mol HA tot –mol A-
Tramite i valori di pH e di log([A-]/[AH]), costruire la retta pH = pKa + log([A-]/[AH]) a pendenza
unitaria e ricavare l’intercetta pKa = _____________________
9
.d o
m
o
w
Gruppo
Aggiunte
C
m
c u-tr a c
to
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
y
bu
k
lic
a) Preparazione di HCl standardizzato con CaCO3
2 NaCl + CO2 + H2O
Si calcola e si pesa, la quantità di HCl commerciale (37 % in peso, d = 1.19 g/mL) necessaria per
preparare 0,500 L di una soluzione di HCl ~ 0.05 M.
Si risciacqua la buretta, facendo scorrere acqua distillata lungo le pareti. Si ripete il lavaggio con 1015 mL di soluzione di HCl (si usa un imbuto per il riempimento). Si svuota dal rubinetto, e si riempie
la buretta con HCl fresco, controllando l’assenza di bolle anche nel beccuccio sotto il rubinetto. Si
azzera la buretta, verificando che il livello del menisco coincida con la tacca dello zero.
Ogni gruppo pesa su bilancia analitica 0,6-0,75 mmoli di Na2CO3 anidro (M.M. = 106 mg/mmol),
trasferisce il sale in un becker e lo scioglie in circa 50 mL di acqua distillata. Si aggiungono 3 gocce
di verde di bromocresolo e si titola con HCl fino a quando la soluzione non assume una colorazione
verde. Si scalda su piastra fino all’ebollizione leggera, per eliminare la CO2 disciolta (la soluzione
dovrebbe ritornare blu). Si raffredda a temperatura ambiente e si completa la titolazione,
aggiungendo HCl goccia a goccia fino al viraggio definitivo dal verde al giallo.
b) Determinazione del prodotto di solubilità di Ca(OH)2
In laboratorio è disponibile una soluzione satura di Ca(OH) 2
La soluzione di HCl titolata nel punto precedente viene trasferita nella buretta, aiutandosi con un
imbuto. La buretta deve essere piena (compreso il beccuccio al di sotto del rubinetto) ed azzerata.
N.B.: la soluzione da analizzare non deve contenere idrossido di calcio in sospensione, che
reagirebbe con l’acido. È quindi necessario filtrare la soluzione prima di titolare.
Con un bicchiere asciutto e pulito si prelevano ca. 75 mL della soluzione torbida di Ca(OH) 2, si
prepara un filtro di carta nell’imbuto di vetro, si filtra la soluzione in un altro bicchiere e si elimina il
filtro. Mediante pipetta graduata si prelevano esattamente 50 ml di soluzione, e si pongono in un
10
.d o
m
o
w
3) Determinazione del prodotto di solubilità dell’idrossido di calcio Ca(OH)2
2 HCl + Na2CO3
C
m
c u-tr a c
to
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
y
bu
k
lic
terzo recipiente. Si aggiungono due gocce di verde di bromocresolo e si titola con la soluzione di
HCl, determinando la molarità di OH-.
Determinare la solubilità di Ca(OH)2 e calcolare il prodotto di solubilità. Completare la seguente
tabella di dati:
Standardizzazione di HCl
Massa di Na2CO3
Moli di Na2CO3
Moli di HCl
Volume di HCl usato
Molarità di HCl
Solubilità dell’idrossido di calcio
Volume di HCl impiegato (in mL)
Moli di HCl impiegate
Moli di Ca(OH)2 disciolte
Solubilità di Ca(OH)2 (moli/L)
Solubilità di Ca(OH)2 (g/L)
Kps = [Ca2+][OH-]2
11
.d o
o
w
m
C
m
c u-tr a c
to
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
y
bu
k
lic
La determinazione colorimetrica del ferro nelle acque naturali si basa sulla formazione del complesso
del Fe2+ con tre molecole di 1,10-fenantrolina (phen) in una soluzione tamponata a pH acido. Tale
complesso rosso-arancio presenta un massimo di assorbimento nel range 505-515 nm.
3 phen
⇔
[Fe(phen)3]2+
La concentrazione può essere determinata in base all’assorbanza grazie alla legge di Lambert-Beer,
dopo aver costruito opportune curve di taratura con soluzioni standard di Fe2+
Legge di Lambert-Beer:
A= bC
A: assorbenza
: coefficiente di assorbività molare mol-1 cm-1
b: lunghezza del cammino ottico nella cella cm
C: concentrazione delle specie assorbente mol/l
Reagenti:
-
soluzione standard di Fe (II) preparata con ferro ammonio solfato esaidrato alla concentrazione
di 20 ppm (soluzione madre)
-
soluzione di idrossilammina cloroidrato (NH3OHCl) al 10%
-
tampone acetico 1 M
-
1,10- fenantrolina al 0.25%
Materiali e strumentazione:
-
6 matracci tarati da 100 ml
-
Spettrofotometro UV-vis e cuvette in plastica
-
1 Pipetta
-
1 Propipetta con puntali
12
.d o
m
o
w
4) Determinazione colorimetrica del Ferro in acque minerali
Fe2+ +
C
m
c u-tr a c
to
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
c u-tr a c
N
y
bu
to
k
lic
In 4 matracci tarati da 100 ml si aggiungono esattamente con una buretta 5.00 , 10.0, 15.0 e 20,0 ml
di soluzione madre, ed in ogni matraccio si aggiungono:
1 ml di soluzione di idrossilammina cloroidrato
-
5 ml di soluzione di fenantrolina
-
10 ml di soluzione di tampone acetico 1M
Si porta a volume con acqua deionizzata e si agita.
Si prepara in un quinto matraccio un bianco costituito dagli stessi reagenti tranne la soluzione di
ferro.
Si attendono 10 minuti per equilibrare le soluzioni, quindi si determina il massimo di assorbanza del
complesso dove verranno misurate le assorbanze delle soluzioni standard preparate, utilizzando come
bianco la miscela dei reagenti non contenente ferro ed avendo cura di :
1) avvinare preventivamente la cuvetta portacampioni con la soluzione
2) pulire ed asciugare bene le pareti esterne della cuvetta
3) inserire la cuvetta con le pareti trasparenti perpendicolari al raggio
4) usate sempre la stessa cuvetta per tutte le misurazioni.
Con i dati ottenuti si costruisce la curva di calibrazione Assorbanza/concentrazione.
Determinazione della concentrazione della soluzione incognita:
Il campione incognito fornito dal docente nel matraccio da 10 ml viene trasferito quantitativamente
in un matraccio tarato da 100 ml e trattato come le soluzioni standard, si misura l’assorbanza alla
lunghezza d’onda prescelta e in base alla curva di calibrazione si determina la concentrazione nel
campione iniziale.
13
.d o
m
o
w
Costruzione della retta di calibrazione :
-
C
m
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
y
bu
k
lic
________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
Data _____________
Ml di soluzione
madre aggiunti
Conc (ppm*)
Assorbanza
a _____ nm
Campione incognito
*La concentrazione in ppm è pari a mg/L
Fornire la concentrazione di Fe presente nel campione fornito dal docente:
campione con sigla… … … … … … … ..
concentrazione… … … … … … … … …
14
.d o
m
o
w
Gruppo__________________________________________________________________________
Soluzioni analizzate
C
m
c u-tr a c
to
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
y
bu
k
lic
Durante le esperienze di laboratorio lo studente dovrà risolvere un problema relativo alla
determinazione della struttura di un composto organico incognito, avendo a disposizione gli spettri
IR, MS e 1H-NMR. Un dato di partenza sarà relativo alla composizione percentuale in C e H, che
viene misurato tramite analisi elementare.
Esiste un metodo generale che prende in considerazione diversi punti:
1. Verifica dello spettro di massa per individuare il peso molecolare e la presenza di eventuali
atomi di N in numero dispari (se il peso molecolare e’dispari). Inoltre è possibile individuare
37
Cl 3:1), Br (79Br e
81
Br 1:1) e S (32S e
34
S 20 :1) in base alla
composizione isotopica caratteristica.
2. Con le percentuali di C e H ricavare la formula bruta ( O si ricava per differenza).
3. Calcolo del grado di insaturazione.
Formula bruta = CaHbOcNd
g.i =
(2a + 2 + d –b)
------------------------2
L’Ossigeno non è contemplato perché è bivalente, quindi non modifica il rapporto tra numero
di carboni e idrogeni. Infatti etano e etanolo hanno C e H in ugual rapporto. L’Azoto invece
va considerato nella formula perchè trivalente.
La formula può essere estesa a composti che contengono altri atomi considerando gli
elementi monovalenti (F, Cl, Br … ) come idrogeni H, gli elementi bivalenti (S) come
Ossigeni, gli elementi trivalenti (P, B… ) come Azoti, e gli elementi tetravalenti (Si, Ge,
Sn… ) come Carboni.
15
.d o
m
o
w
5) Determinazione di strutture
atomi di Cl (35Cl e
C
m
c u-tr a c
to
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
y
bu
k
lic
2a+2
b
d
g.i.
CH3
10
10
-
0
CH3
10
8
-
1
CH3
10
6
-
2
10
8
-
1
10
6
-
2
14
6
-
4
6
6
-
0
O
10
8
-
1
H
N
10
9
1
1
H3C
H3C
H3C
H3C
OH
Si ottengono informazioni relative a doppi, tripli legami, anelli aromatici, cicli, azoti e
carbonili.
4. Interpretazione spettro IR individuando i principali gruppi funzionali in base alle frequenze
caratteristiche
5. Interpretazione spettro 1H-NMR
6. Controllo della frammentazione nello spettro MS
7. Definizione formula di struttura
16
.d o
m
o
w
Si riporta i gradi di insaturazione di alcune molecole
Formula
C
m
c u-tr a c
to
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
y
bu
k
lic
La tecnica FT-IR permette di riconoscere i principali gruppi funzionali presenti in una molecola
incognita. Ogni gruppo funzionale presenta un valore caratteristico di energia di vibrazione a
prescindere dall’intorno chimico in cui è posizionato.
Preparazione del campione
Prelevare una punta di spatola del composto incognito e macinarlo insieme a KBr in un mortaio
di agata;
•
Preparare una pastiglia di KBr
Analisi FT-IR
•
Inserire il portacampioni con la pasticca nello spettrometro
•
registrare lo spettro infrarosso in trasmittanza (dopo il bianco dell’aria)
•
commentare le principali bande di assorbimento
Esistono numerose tabelle che contengono diagrammi di conversione, i quali permettono di
riconoscere i principali gruppi funzionali in base al valore della frequenza di vibrazione misurata.
Group
Frequency Range (cm-1)
OH stretching vibrations
Free OH
3610-3645 (sharp)
Intramolecular H bonds
3450-3600 (sharp)
Intermolecular H Bonds
3200-3550 (broad)
Chelate Compounds
2500-3200 (very broad)
NH Stretching vibrations
Free NH
3300-3500
H bonded NH
3070-3350
CH Stretching vibrations
=-C-H
3280-3340
=C-H
3000-3100
C-CH3
2862-2882, 2652-2972
O-CH3
2815-2832
N-CH3 (aromatic)
2810-2820
17
.d o
m
o
w
6) Spettroscopia FT-IR
•
C
m
c u-tr a c
to
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
y
bu
k
lic
2780-2805
CH2
2843-2863,2916-2936
CH
2880-2900
SH Stretching Vibrations
2550-2600
C=-N Stretching Vibrations
Nonconjugated
2240-2260
Conjugated
2215-2240
C=-C Stretching Vibrations
C=-CH (terminal)
2100-2140
C-C=-C-C
2190-2260
C-C=-C-C=-CH
2040-2200
C=O Stretching Vibrations
Nonconjugated
1700-1900
Conjugated
1590-1750
Amides
~1650
C=C Sretching Vibrations
Nonconjugated
1620-1680
Conjugated
1585-1625
CH Bending Vibrations
CH2
1405-1465
CH3
1355-1395, 1430-1470
C-O-C Vibrations in Esters
Formates
~1175
Acetates
~1240, 1010-1040
Benzoates
~1275
C-OH Stretching Vibrations
Secondary Cyclic Alcohols
990-1060
CH out-of-plane bending vibrations
in substituted ethylenic systems
-CH=CH2
905-915, 985-995
-CH=CH-(cis)
650-750
-CH=CH-(trans)
960-970
18
.d o
m
o
w
N-CH3 (aliphatic)
Free SH
C
m
c u-tr a c
to
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
bu
y
C=CH2
k
lic
885-895
La tecnica 1H-NMR permette di ottenere, mediante lo studio delle proprietà magnetiche dei nuclei,
importanti informazioni dettagliate sulla struttura molecolare, sulla natura degli atomi presenti, sul
loro numero, e anche sul tipo di “intorno”molecolare in cui l’atomo si trova.
Da un spettro 1H-NMR si possono ricavare alcuni parametri:
Spostamento chimico
(chemical shift) : dipende dalla densità elettronica intorno al nucleo. I
protoni presenti in gruppi funzionali diversi avranno spostamenti chimici diversi.
§
Integrazione dei picchi : l’area sotteso al picco NMR è proporzionale al numero di H che lo
ha generato. Si possono avere informazioni sul numero relativo di idrogeni presenti nella
molecola.
§
Accoppiamento Spin-Spin : dalla molteplicità dei segnali NMR possiamo capire la
disposizione dei protoni nello spazio. Il parametro di interesse è J (costante di
accoppiamento). La molteplicità del segnale segue la regola secondo la quale se un nucleo
interagisce con N nuclei (distanza minore di tre legami), il segnale e’diviso in N+1 righe.
Preparazione del campione
§
Pesare 10 mg di composto
§
Disciogliere il campione in 1 ml di solvente deuterato appropriato (D 2O, DHCl3, DMSO,
MeOD)
§
Filtrare su cotone nel tubo NMR.
§
Acquisire lo spettro al protone e interpretare i risultati
19
.d o
m
o
w
7) La Spettrometria di Risonanza Magnetica Nucleare 1H
§
C
m
c u-tr a c
to
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
y
bu
k
lic
Ecco la tabella degli spostamenti chimici più comuni del protone
Spostamento chimico , ppm
Ricorda:
1. - Gli idrogeni legati ad atomi elettronegativi sono più deschermati, quindi risentono di un più forte
campo magnetico e risuonano a frequenze maggiori, a più alti spostamenti chimici .
2. - Gli idrogeni legati direttamente a ossigeno e azoto possono formare legami idrogeno di intensità
diversa da molecola a molecola. I legami idrogeno sono inoltre influenzati anche dal solvente e dalla
temperatura. Per questo il loro segnale NMR è allargato e anche molto variabile. Anche il loro
accoppiamento di spin con gli idrogeni vicini è molto basso.
degli anelli aromatici e degli alcheni portano ad un aumento del campo
magnetico in corrispondenza degli idrogeni legati che risuonano a frequenze maggiori quindi a più
alti spostamenti chimici rispetto ad alcani e alchini.
20
.d o
m
o
w
Interpretazione spettri 1H-NMR
3. - I sistemi di elettroni
C
m
c u-tr a c
to
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
c u-tr a c
N
y
bu
to
k
lic
4. - Dalla molteplicità di ogni segnale si può risalire al numero di idrogeni vicini applicando la regola
Hvicini = m -1. Gli idrogeni alcolici e amminici non si accoppiano in modo apprezzabile con gli
idrogeni vicini perchè non hanno una frequenza precisa di risonanza, ma questa varia leggermente da
molecola a molecola a causa della variabilità del legame idrogeno in cui sono coinvolti.
Per interpretare uno spettro NMR, conviene seguire la procedura in 7 punti illustrata qui sotto:
1) Contare il numero di picchi nello spettro. Corrispondono agli idrogeni fisicamente diversi nella
molecola incognita.
2) Sommare l'area di ogni picco e confrontarla con il numero di idrogeni presenti nella formula
bruta per capire a quanti idrogeni corrisponde ogni picco.
3) Analizzare la formula bruta e gli altri dati disponibili per individuare i gruppi funzionali e la
eventuale presenza di doppi legami o di anelli.
4) Analizzare il chemical shift di ogni picco per capire che tipo di idrogeni sono presenti nella
molecola.
5) Analizzare la molteplicità m di ogni picco per capire quanti idrogeni ci sono vicino all'idrogeno in
questione applicando la formula: n° idrogeni vicini = m - 1.
6) Utilizzare i dati raccolti per ipotizzare una struttura molecolare.
7) Verificare che la formula bruta, i chemical shift, le aree dei picchi e le molteplicità per la molecola
proposta siano compatibili con i dati dello spettro incognito.
Proviamo ora ad applicare questa procedura per interpretare lo spettro NMR di una molecola di
formula bruta C5H10O che possiede un carbonile (come si può dedurre dal suo spettro IR).
1) Nello spettro NMR notiamo che sono presenti 4 picchi distinti, quindi sappiamo che nella
molecola ci sono quattro tipi di idrogeni diversi.
21
.d o
o
w
m
C
m
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
y
bu
k
lic
dichiarata in cima ai picchi corrisponde al numero di idrogeni che producono quel segnale.
3) La molecola C5H10O contiene un doppio legame, infatti se fosse satura conterrebbe 12 idrogeni
(2n+2). Dato che contiene un carbonile, il doppio legame è qui, il resto della molecola è saturo.
2,45 e
assorbono nell'intervallo tra
2,09 corrispondono a idrogeni su carboni vicino al carbonile che
2e
3. Gli altri due picchi a
0,96 e
1.61 corrispondono invece a
idrogeni su carboni primari e secondari rispettivamente.
5) Il picco 2 a 2.09 ha molteplicità 1 quindi si riferisce a idrogeni che non hanno
vicino nessun idrogeno (m - 1 = 0 H). Questo conferma la precedente deduzione
che il picco è attribuibile ad un CH3 vicino al carbonile.
Il picco 1 a 2,45 ha molteplicità 3 quindi si riferisce a idrogeni che
hanno vicino 2 idrogeni (m - 1 = 2 H). Questo conferma la precedente
deduzione che il picco è attribuibile ad un CH2 vicino ad un carbonile, e
inoltre suggerisce che vi sia un ulteriore CH2 legato subito oltre.
deduzione che il picco è attribuibile ad un CH2 secondario che ha
22
.d o
m
o
w
2) L'area dei vari picchi dà come somma 10, in linea con la formula bruta C5H10O, quindi l'area
4) I due segnali a
C
m
c u-tr a c
to
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
y
bu
k
lic
vicino i due idrogeni del picco 1 e altri tre idrogeni, quelli del CH3 terminale.
deduzione che il picco è attribuibile al CH3 terminale della molecola.
6) Le deduzioni finora effettuate ci portano a ipotizzare che lo
spettro NMR sia relativo alla molecola 2-pentanone che ha la
struttura mostrata qui a lato:
7) Analizzando la molecola del 2-pentanone possiamo confermare l'attribuzione dei picchi sia per il
chemical shift, sia per la molteplicità (indicata in figura tra parentesi).
2-pentanone
23
.d o
o
w
m
C
m
c u-tr a c
to
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
y
bu
k
lic
8) Caratterizzazione di Policlorobifenili in un campione di acqua sotterranea
mediante GC-MS
I PCB sono una classe di composti organici non polari semivolatili che include 209 congeneri.
Utilizzati come fluidi refrigeranti e isolanti nei trasformatori e nei condensatori, plastificanti e additivi
in vernici epossidiche sono stati dispersi nell’ambiente dal 1930 circa. Rappresentano una
contaminazione antropica diffusa in tutto il mondo. La loro tossicità è elevata e sono considerati
iniziatori di cancro.
Cl
Cl
Cl
Cl
3-3i-5-5i policloro bifenile
La caratterizzazione dei PCB in campioni acquosi prevede un’estrazione con solvente organico e la
loro determinazione tramite una procedura analitica basata su cromatografia gassosa con rivelatore a
spettrometria di massa.
Apparecchiature e materiali
•
Pallone da 100 ml con collo a smeriglio
•
Imbuto separatore da 250 ml
•
Imbuto
•
Beute da 100 ml
•
colonna
•
Florisil
•
Solfato di sodio anidro, Na2SO4
•
n-esano
•
Diclorometano
•
Evaporazione a pressione ridotta
•
GC-MS
24
.d o
o
w
m
C
m
c u-tr a c
to
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
c u-tr a c
N
y
bu
to
k
lic
•
Prelevare 100 mL di acqua e trasferirli in un imbuto separatore
•
Estrarre con tre porzioni da 10 mL di n-esano
•
Riunire le fasi organiche ed aggiungere solfato di sodio anidro.
•
Filtrare la sospensione su filtro a pieghe per eliminare il solfato di sodio e recuperare la fase
organica
•
Ridurre il solvente per distillazione a pressione ridotta tramite un rotavapor fino a circa 5 mL
•
preparare una colonna cromatografica sospendendo 2 gr di Florisil in 30 mL di esano ed
impaccare la colonna. Eliminare l’esano in eccesso.
Caricare in colonna i 5 mL di estratto esanico
•
Eluire la colonna con 8 mL di una miscela 85/15 di n-esano/diclorometano
•
L’eluato ridotto a 100mm è pronto per l’analisi in GC-MS
Analisi in GC-MS
Si iniettano nel cromatografo due microlitri del campione nelle seguenti condizioni:
•
Colonna: 95% dimetil-5% fenil polisilossano;
•
Temperatura dell’inettore split-splitless 220°C, tempo di splittaggio 0.75 min;
•
Programma di temperatura: 60°C per 2 min, 15°C/min fino a 180° per 6 min, 4°/min fino a 220°
per 2 min, 5°/min fino a 280°C per 25 min
•
Riconoscere le principali classi di composti clorurati
•
Stabilire il tipo di miscela inquinante presente (aroclor … .1254,1260… .)Osservare il cluster del
cloro presente nelle molecole. Il Cl in natura è presente come isotopo 35 e 37 in rapporto 100 e
30.
Osservare il cluster del cloro, che in natura è presente come isotopo 35 e 37 in rapporto percentuale
di 100 : 30.
25
.d o
m
o
w
Procedura per la preparazione del campione
•
C
m
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
y
bu
Interpretazione spettri di massa
Ogni tipo di molecola ha una via preferenziale di frammentazione con perdita di alcune masse
caratteristiche. Importante in prima cosa individuare (se presente) il picco molecolare che indica il
peso molecolare del composto in esame (M°+).
Alcani: Alcani semplici tendono a perdere gruppi metili(m-15). Successivamente il carbocatione
perde etilene (m-28). Lo spettro caratteristico è una serie di picchi a intensità crescente distanziati di
14. Per alcani ramificati i picchi degli ioni molecolari sono più intensi.
Aromatici: La frammentazione genera picchi a masse 77, 65, 63. Presenza di questi picchi indicano
presenza di anelli aromatici. Se è presente un’unità benzilica si nota il picco a massa 65 derivante dal
riarrangiamento a ione tropilio con successiva espulsione di etilene.
Aldeidei e chetoni: La frammentazione principale è la perdita di una catena laterale a generare lo
ione ossonio.
Un’altra comune frammentazione involve nell’espulsione di etilene attraverso il riarrangiamento di
McLafferty.
26
.d o
m
w
o
m
c u-tr a c
C
lic
k
to
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
y
bu
Esteri, acidi e ammidi: come per le aldeidi e i chetoni, la via principale è la perdita del gruppo “X”
a formare lo ione ossonio. Spesso per acidi carbossilici e ammidi non sostituite ci sono i
caratteristichi picchia 45 e 44.
Alcoli: Oltre alla perdita del protone, gli alcoli tendono a perdere un gruppo in
. Gli alcoli primari
presentano un picco a 31, mentre gli alcoli secondari presentano picchi a masse 45, 59, 73 in accordo
con il grado di sostituzione.
Eteri: Seguono la via degli alcoli, perdendo spesso un radicale alchilico a formare lo ione ossonio.
Alogenuri: Semplice espulsione dell’alogeno. Importante risulta la struttura dei sottopicchi per la
presenza di isotopi.
27
.d o
m
w
o
m
c u-tr a c
C
lic
k
to
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
y
bu
k
lic
In figura sono riportati i più comuni ioni persi durante la frammentazione di molecole organiche.
Cromatogramma Aroclor 1242
28
.d o
o
w
m
C
m
c u-tr a c
to
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
c u-tr a c
N
y
bu
to
k
lic
Come precedentemente notato in caso di alogeni è molto importante notare i cluster dei picchi
prodotti dagli isotopi. Il cloro è presenta in natura come cloro 35 e 37 in rapporto 10 a 3 (0,75 e
0,25) circa. Questo fenomeno è molto importante in spettroscopia di massa perché permette la rapida
individuazione di molecole clorurate.
Di seguito sono riportate le distribuzioni in massa per i PCBs.
29
.d o
o
w
m
C
m
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
PM
bu
y
Molecola
k
lic
N. Cl
N. isotopomeri
Distribuzione statistica
0
1
/
0, 75
0, 80
0, 70
0, 60
1
2
0, 50
0, 40
190.2
0, 25
0, 30
0, 20
0, 10
0, 00
Cl
188, 20
0, 6 0
190, 20
0, 5 6
0, 5 0
222.2
2
3
0, 3 8
0, 4 0
0, 3 0
224.2
0, 2 0
Cl
226.2
0, 06
0, 1 0
Cl
0, 0 0
2 22 , 20
0, 4 5
256.2
0, 42
224 , 20
226 , 20
0, 4 2
0, 4 0
0, 3 5
Cl
258.2
0, 3 0
0, 2 5
260.2
Cl
3
4
0, 2 0
0, 1 4
0, 1 5
262.2
Cl
0, 1 0
0, 0 5
0, 0 2
0, 0 0
256 , 20
2 62, 20
0, 4 0
0, 3 5
0, 3 2
0, 3 0
292.2
Cl
2 60 , 20
0, 4 2
0, 4 5
290.2
Cl
258 , 20
0, 2 5
0, 2 1
0, 2 0
294.2
4
5
0, 1 5
0, 1 0
Cl
Cl
296.2
0, 05
0, 0 5
0, 00
0, 0 0
298.2
2 90, 20
2 92 , 20
294 , 20
296 , 20
298 , 20
30
.d o
m
o
w
154.2
188.2
C
m
c u-tr a c
to
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
y
bu
k
lic
0, 4 5
0, 40
0, 4 0
326.2
0, 3 5
0, 3 0
326.2
0, 2 6
0 , 24
0, 2 5
0, 2 0
Cl
Cl
328.2
5
6
0, 1 5
0 , 09
0, 1 0
Cl
330.2
Cl
0, 0 5
0, 0 1
0 , 00
0, 0 0
332.2
3 24, 2 0
326 , 20
3 28, 20
33 0, 20
3 32, 20
33 4, 2 0
9) Determinazione della caffeina nella Coca-Cola
Tra le tecniche separative, le più moderne ed ampiamente diffuse sono sicuramente le tecniche
cromatografiche, i cui dettagli variano enormemente, pur essendo basate sul medesimo principio: la
separazione viene ottenuta sulla base delle differenti velocità di migrazione delle sostanze entro una
fase stazionaria, sotto l’influenza di una fase mobile.
La cromatografia liquida ad alta prestazione (High Performance Liquid Chromatography: HPLC) è
una valida tecnica separativa per l’analisi dei composti organici polari.
Tre fattori influiscono sull’ottimizzazione di una tecnica HPLC: la scelta della fase stazionaria, della
fase eluente e del detector.
Fase stazionaria: si tratta di una colonna (250 mm * 4,6 mm) impaccata con silice sferica regolare,
derivatizzata C18, con diametro delle particelle di 5 µm e porosità 100Å.
Fase mobile: il tipo di fase mobile che, insieme ad un’adeguata fase stazionaria, ottimizza la
separazione dei composti di interesse, è quella che garantisce la totale risoluzione dei singoli picchi
cromatografici, senza fenomeni di coeluzione dei composti, o di “fronting” e “tailing” dei picchi,
insieme ad un tempo d’analisi non eccessivamente lungo.
Le modalità di eluizione possono essere di tipo isocratico o a gradiente (utile nel caso di miscele
molto complesse in cui i composti da separare siano inclusi in un ampio intervallo di polarità). La
fase eluente utilizzata è una miscela di H2O : AcCN a gradiente.
Il flusso totale è di 1 ml / min.
Detector: la strumentazione HPLC è in questo caso accoppiata ad un detector che opera nell’UV,
sfruttando le caratteristiche di assorbanza dei composti organici. I massimi di assorbanza sono a 270
nm per la caffeina.
Per il composto di interesse viene costruita la curva di calibrazione, ottenuta iniettando in HPLC un
certo volume (es. 20 µl) di soluzioni standards a [ ] nota. I valori di area dei picchi (integrati, per
ciascun composto, in corrispondenza della massima λ di assorbanza) vengono riportati in un sistema
31
.d o
m
o
w
324.2
Cl
C
m
c u-tr a c
to
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
c u-tr a c
N
y
bu
to
k
lic
ascissa, ottenendo un insieme si punti sperimentali che sono interpolati con il metodo dei minimi
quadrati.
Procedura
Si prelevano 25-30 ml di campione e si degasano in un becker con agitazione magnetica
•
Vengono alcalinizzati con qualche goccia di ammoniaca (NH3)
•
Si pongono 20 ml con pipetta in un matraccio da 100 ml
•
Si porta a volume
•
Si prelevano 30 ml e si fanno 3 estrazioni con 20 ml di CHCl3 l'una
•
Le 3 fasi estratte vengono unite e anidrificate con sodio solfato anidro per eliminare l’acqua
•
Si filtra in un pallone e si porta a secco.
•
Si solubilizza in 25ml di Acetonitrile
•
Si procede con l’analisi spettrofotometrica
•
Si calcola la concentrazione incognita con l’ausilio di una retta di taratura costruita con
standard di caffeina a 5, 10, 25, 50 µg/ml.
32
.d o
m
o
w
di assi cartesiani in ordinata, contro i corrispondenti quantitativi iniettati ( [ ] * volume inettato) in
•
C
m
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
y
bu
k
lic
L’acqua minerale campione viene filtrata con filtro per siringa (es. filtri in Teflon con cut di 0,45 µm,
Alltech) e analizzati in cromatografia ionica. L’analisi degli ioni inorganici è effettuata mediante
cromatografia ionica con rivelatore conduttimetrico.
Gli ioni analizzati sono:
I cationi inorganici Na+, NH4+, K+, Mg2+, Ca2+;
Gli anioni inorganici: Fl-, Cl-, NO3-, PO43-, SO42-.
Gli standards sono stati preparate a partire da standards in fase liquida (Fluka), diluiti in acqua MilliQ. Sono riportate le indicazioni per fase stazionaria e fase eluente, utilizzate nelle analisi effettuate
dal DISAT per cationi ed anioni con il cromatografo ionico Dionex ICS-90:
FASE STAZIONARIA
Colonna anioni: Dionex IonPac® AS14A-5 m Analytical 3 x 150 mm (precolonna Dionex IonPac®
AG14A-5 µm Guard 3 x 30 mm)
m Analytical 3 x 150 mm (precolonna Dionex
IonPac® CG12A-5 µm Guard 3 x 30 mm)
FASE ELUENTE
Sia per l’analisi dei cationi che degli anioni è stata eseguita un’eluizione isocratica, con flusso di 0,5
ml/min per entrambe le colonne analitiche. L’eluente per i cationi è MSA (acido metansolfonico)
diluito in acqua Milli-Q fino a una concentrazione di 0,4 M, per gli anioni è una soluzione di Na 2CO3
e NaHCO3 diluiti in acqua Milli-Q fino a concentrazioni rispettivamente di 8,0 mM e 1,0 mM.
Trascurando il fosfato, la deviazione standard relativa è in media sempre inferiore al 4% e comunque
sempre inferiore al 7%.
Risultati
33
.d o
m
o
w
10) Determinazione di anioni e cationi in un’acqua minerale naturale.
Colonna cationi: Dionex IonPac® CS12A-5
C
m
c u-tr a c
to
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
c u-tr a c
N
y
bu
to
k
lic
riportato sull’etichetta dell’acqua campione commercializzata;
Calcolo del coefficiente di correlazione; della deviazione standard dell’intercetta e della pendenza:
spiegare in base ai risultati ottenuti se la curva costruita è lineare; se le deviazioni standard
permettono di concludere se si tratta di una buona calibrazione per la determinazione delle
concentrazioni campione;
Indicare le motivazioni per le quali i cationi e gli anioni possiedono i tempi di ritenzione indicati sul
cromatogramma (ordine di eluizione).
11) Analisi quantitativa di idrocarburi mediante TCD
Il TCD è un rivelatore universale che misura la differenza di conducibilità termica tra un gas di
trasporto come l’elio e i composti eluiti dalla colonna. Viene utilizzato come detector interfacciato
ad un GC. Il GC (gas cromatografo) attraverso l’uso di una colonna e di un preciso controllo della
temperatura, è in grado di separare i composti in funzione della volatilità e della polarità. I sistemi
GC sono molto utilizzati per composti apolari.
L’analisi viene eseguita su un campione incognito contenente idrocarburi. Gli idrocarburi analizzati
sono classificati in funzione del numero di carboni presenti nella catena lineare. Verranno analizzati
composti C18,C22 e C26.
La procedura di analisi prevede i seguenti passaggi:
Vengono forniti degli standard a concentrazione nota di idrocarburi, ottenuti attraverso
diluizione della soluzioni madre fornite (1 mg/ml). Gli standard preparati sono a
concentrazione di 100 µg/ml.
§
Si eseguono le analisi degli standard e si ricavano le area dall’integrazione A dei picchi
cromatografici con il Tr (tempo di ritenzione). L’area viene calcolata come rapporto tra le
area del composto e quella dello standard interno (esadecano).
§
Si calcola il fattore di risposta strumentale S = [ ]/A con [ ] = 0,1
§
Si esegue l’analisi del campione incognito contenente i tre idrocarburi
§
Tramite il valore di Tr si individua il picco relativo al composto. Tramite il valore dell’area
normalizzata e il valore di S si calcola la concentrazione nel campione.
34
.d o
m
o
w
Confronto tra il risultato in concentrazione ottenuto per ciascuno ione monitorato ed il risultato
§
C
m
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
y
bu
Esempio di determinazione di struttura
1) Dallo spettro di massa ricavare il peso molecolare dello ione molecolare e la eventuale presenza di
N. Il PM è 88 (pari) quindi se sono presenti atomi di N sono in numero pari (0, 2, 4 … .).
Risultati analisi elementare
C 54,55 %
H 9.09 %
Ricavare la percentuale di O per differenza considerando l’assenza di N. La percentuale di O risulta
dall’espressione:
100 –54,55 –9,09 = 36,36 %.
Ricavare la formula bruta del composto.
Consideriamo 100 g di composto che contengono:
54,55 g di C, 9,09 g di H , 36,36 g di O
Dividiamo per i pesi molecolari e troviamo:
4,56 mol di C, 9,09 mol di H, 2,27 mol di O
Ossia la formula bruta:
C4,56H9,09O2,27
Dividere per 4,56 ottenendo:
C1H2O0,5
Vogliamo ottenere numeri interi quindi:
35
.d o
m
w
o
m
c u-tr a c
C
lic
k
to
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
y
bu
k
lic
C2H4O1
il cui PM è 44. Essendo il PM del composto incognito 88 otteniamo la formula:
C4H8O2
2) Calcolare il grado di insaturazione
g.i. = 1
La molecola presenta un doppio legame o un ciclo.
3) Esaminare lo spettro IR
Utilizzando le tabelle fornite è possibile individuare alcune bande caratteristiche:
3000-2000 cm-1 si nota la banda dei C-H s
1760 cm-1 banda di C=O s
1390 cm-1 banda C-H b
1240 cm-1, 1040 cm-1 banda del C-O-C
La presenza di un legame C=O spiega il grado di insaturazione è 1.
36
.d o
o
w
m
C
m
c u-tr a c
to
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
c u-tr a c
N
y
bu
to
k
lic
Quindi la molecola contiene catena di C-H alchiliche, un gruppo carbonile C=O e un gruppo C-O-C.
4) Esaminare lo spettro 1H-NMR
37
.d o
o
w
m
C
m
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
y
bu
k
lic
bruta dove ci sono 8 H). Il grado di in saturazione pari a 1 indica forse un doppio legame ma non
C=C, visto che non ci sono picchi di H nella zona dei H insaturi. I
sono 4,1 ppm, 2,05 ppm e 1,25
ppm. A 1,25 ppm troviamo gli H di alcani, probabilmente un metile. A 2,05 ppm H vicinali a un
C=O. A 4,1 troviamo gli H vicinali ad un –C-O-. Gli accoppiamenti indicano la presenza di un
gruppo di H isocroni a 2,1 ppm non accoppiati quindi CH3-C=O. A 4,1 e 1,25 ppm ci sono un
quadrupletto e un tripletto rispettivamente: sono protoni in accoppiamento quindi vicini a meno di 3
legami. Aiutandosi con l’integrazione e la molteplicità si capisce che ci sono 2 protoni a 4,1 ppm e 3
a 1,25 ppm: questo è il tipico sistema di spin di un gruppo etile –O-CH2-CH3.
5) Esaminare lo spettro di Massa
43
100
O
O
50
29
45
27
61
70
73
31
0
10
20
30
40
50
60
70
88
80
90
100
38
.d o
m
o
w
La molecola presenta 3 tipi di idrogeni con integrazioni in rapporto 2 : 3 : 3 (in linea con la formula
15
C
m
c u-tr a c
to
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
y
bu
k
lic
stabile CH3C=O peso 43 uma, e si crea per scissione di un legame C-O con espulsione di un radicale
CH3-CH2-O il cui peso è 45 uma.
6) Il composto incognito dovrebbe essere l’acetato di etile
O
O
CH3
Spettri di Massa e Analisi elementare
Composto 1
39
.d o
m
o
w
La maggiore frammentazione è quella da 88 uma (M+) a 43 uma con perdita di 45 uma. Lo ione
H3C
C
m
c u-tr a c
to
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
bu
y
O
H
100
152
50
81
109
51
27
39
65
55
15
79
123
137
93
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
Analisi elementare
C = 63,15 %
H = 5,30 %
Composto 2
40
.d o
m
w
o
m
c u-tr a c
C
lic
k
to
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
bu
y
N
O
H
100
113
55
30
85
50
42
18
67
28
69
39
95
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
Analisi elementare
C = 63,68 %
H = 9,80 %
Composto 3
41
.d o
m
w
o
m
c u-tr a c
C
lic
k
to
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
c u-tr a c
N
y
bu
lic
k
to
Analisi elementare
C = 85,69 %
H = 5,53 %
Composto 4
42
.d o
o
w
m
C
m
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
bu
y
O
H
100
154
93
50
65
125
39
29
15
55
77
43
137
107
90
118
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Analisi elementare
C = 62,33 %
H = 6,54 %
Composto 5
43
.d o
m
w
o
m
c u-tr a c
C
lic
k
to
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
y
bu
k
lic
194
50
179
133
77
51
28
39
63
89 95 105
123
151 161
0
10 20
30
40
50
60
70
80
90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210
Analisi elementare
C = 61,85 %
H = 5,19 %
Composto 6
44
.d o
m
o
w
O
H
100
18
C
m
c u-tr a c
to
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c
H
F-XC A N GE
H
F-XC A N GE
N
y
bu
k
lic
151
50
166
123
43
52
65
39
108
77
93
29
136
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100 110 120 130 140 150 160 170 180
Analisi elementare
C = 65,05 %
H = 6,07 %
45
.d o
m
o
w
H
O
100
15
C
m
c u-tr a c
to
o
.d o
Chimiche
c
k.
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
c u-tr a c k
.c

laboratorio di chimica analitica

Transcript

Documenti analoghi

Turisini_attestazione patrimoniale

5) Cognome* Nome* Data di nascita * Luogo di nascita* Sesso

GIUDICE SPORTIVO PROVVEDIMENTI DEL 6 Settembre 2016

conferenza

dichiarazione di residenza

modulo di residenza

M3 Comasina San Donato

camipos

Dichiarazione di residenza

1) Cognome* Nome* Data di nascita * Luogo di nascita* Sesso