Bestämning av fluoridhalt i tandkräm

Bestämning av fluoridhalt
i tandkräm
Laborationsrapport
Ida Henriksson, Simon Pedersen, Carl-Johan Pålsson
2012-10-15
Analytisk Kemi, KAM010, HT 2012
Handledare Carina Olsson
Institutionen för Kemi och Bioteknik
Chalmers tekniska högskola
Fluoridhalten i Apoteksgruppens tandkräm analyserades med hjälp av UV/Vis-spektroskopi.
Provlösningar bereddes både med extern standard (för koncentrationsbestämning via kalibrerkurva)
och standardaddition genom komplexbindning av fluoridjoner till ett överskott av ett
alazarinkomplexon-lantan(III)-komplex. Detta komplex absorberade starkt vid 620 nm; våglängden
bestämdes med hjälp av en av provlösningarna. Båda beräkningsmetoderna gav resultat som var
snarlika det specificerade 0,32 viktsprocent natriumfluorid; kalibrerkurvan gav en slutlig siffra på
0,330 % och med standardaddition erhölls värdet 0,305 %.
Teori
Komplexbildning med fluoridjon
För att kunna göra kvantitativ analys med UV/Vis-spektrofotometri på fluoridjoner komplexbinds
dessa med lantan(III)-joner och alazarinkomplexon enligt de förenklade jämvikterna:
(1)
(2)
refererar här till alazarinkomplexon i en delvis deprotonerad form. Produkten i (2) är starkt
blåfärgad och om lantanjoner och alazarinkomplexon finns i stort överskott kommer fluoridjonerna
endast att förekomma i komplexet; de går således att mäta kvantitativt.
Linjäritet hos Lambert-Beers lag
Eftersom absorbansen vid en viss våglängd är additiv, och lantan-alazarinkomplexonkomplexet
absorberar vid samma våglängder som det fluoridinnehållande komplexet, kommer uttrycket för
absorbansen vid en viss våglängd att se ut som följande:
(3)
I ekvation (3) refererar index a till analyten (fluoridkomplexet) och index l till liganden. När liganden
förekommer i stort överskott (vilket också krävs för att komplexbinda samtliga fluoridjoner) kommer
termen
att kunna betraktas som konstant. Absorbansen kan då uttryckas som ekvation (4).
(4)
Genom att ett blankt prov utan fluoridjoner körs kan då termen
erhållas.
subtraheras, och ett värde på
Metod
Apoteksgruppens tandkräm valdes ut för analys. En provlösning bereddes genom att 0,3329 g
tandkräm späddes till 100 ml i mätkolv med MilliQ-vatten.
En stamlösning av 10-2 mol/dm3 NaF späds hundra gånger i en 100 ml mätkolv till 10-4 mol/dm3.
Tandkrämsprovet analyseras sedan kvantitativt med avseende på fluoridhalt med hjälp av UV/Visspektrometri. Både metoden med enkel kalibrerkurva (”metod A”) och standardadditionsmetoden
(”metod B”) används parallellt.
Samma reagenslösning användes till båda metoderna; lösningsmedlet var 50 % aceton i vatten och
reagensen var som följande: alazarinkomplexon 0,55 mM; La(NO3)3 0,7m mM; natriumacetat 0,5 M
samt ättiksyra 0,5 M.
För att finna absorptionsmaximum användes prov 5B. Ett maximum vid 620 nm uppmättes, och alla
påföljande mätningar gjordes vid denna våglängd.
Kalibrerkurvemetoden
Sex standardlösningar bereddes tillsammans med en provlösning i 25 ml mätkolvar enligt tabell 1
nedan. Lösningarna späddes till märket med MilliQ-vatten, skakades och tilläts stå mörkt i 20
minuter. Dessutom bereddes två extra lösningar innehållande 3 ml 2 M natriumhydroxidlösning
respektive 2 M saltsyra.
Tabell 1: Provberedning för analys med kalibrerkurva. Natriumfluoridlösningen var av koncentrationen 10-4 M. Till det
basiska provet sattes dessutom 3 ml natriumhydroxidlösning 2 M; till det sura sattes 3 ml 2 M saltsyra.
Prov
1A
2A
3A
4A
5A
6A
7A
Basisk
Sur
Reagenslösning
8 ml
8 ml
8 ml
8 ml
8 ml
8 ml
8 ml
8 ml
8 ml
Fluoridtillsats
0 ml NaF
2 ml NaF
4 ml NaF
6 ml NaF
8 ml NaF
10 ml NaF
2 ml provlösning
6 ml NaF + 3 ml NaOH
6 ml NaF + 3 ml HCl
Prov 1A används för att nollställa spektrofotometern och subtrahera bruset från efterföljande
mätningar. Prov 5B, se standardadditionsmetoden nedan, hade redan använts för att bestämma
absorptionsmaximum till 620 nm, varpå denna våglängd användes för mätningarna.
Proverna 2A till 7A kördes och absorbanserna noterades. Absorbanserna för prov 2A till 6A avsattes
mot respektive koncentrationer i ett diagram, som visas i figur 1. Ur detta diagram beräknas sedan
provlösningens fluoridjonhalt genom linjär regression; från absorbansen för prov 7A avlästes
motsvarande koncentration från kalibrerkurvan.
0,60000
0,50000
Absorbans
0,40000
Standard
0,30000
Prov
Linear (Standard)
0,20000
0,10000
0,00000
0,000
0,010
0,020
[F-]
0,030
0,040
0,050
mmol/l
Figur 1: Kalibrerkurva med uppmätt absorbans avsatt mot fluoridjonkoncentration. Provet uppvisar en absorbans av
0,26387 vilket medför att [F-] = 0,029238 mmol/l. För den linjära anpassningen gäller R2=0,9994;
Lösningarna med sur och basisk miljö analyserades också, och deras absorbanser jämfördes med ett
prov av samma fluoridjonkoncentration.
Standardadditionsmetoden
Sex stycken prov med varierade innehåll av tandkrämslösningen bereddes i 25 ml mätkolvar enligt
tabell 2 nedan.
Tabell 2: Provberedning för analys via standardaddition. Natriumfluoridlösningen var av koncentrationen 10-4 M. Till det
basiska provet sattes dessutom 3 ml natriumhydroxidlösning 2 M.
Prov
1B
2B
3B
4B
5B
6B
Provlösning (ml)
0
2
2
2
2
2
Reagenslösning (ml)
8
8
8
8
8
8
NaF-lösning (ml)
0
0
2
4
6
8
Proven späds med MilliQ-vatten till 25 ml, skakas om och vilar mörkt i 20 minuter.
Prov 1B användes för att nollställa spektrofotometern och subtrahera bruset från efterföljande
mätningar. Prov 5B kördes för att finna absorptionsmaximum; absorbansen vid denna våglängd
registrerades samtidigt.
Därefter analyserades proverna 2B till 4B samt 6B, och absorbanserna noterades. Absorbanserna för
prov 2B till 6B avsattes mot respektive koncentrationer i ett diagram, som visas i figur 2. Ur detta
diagram beräknades sedan provlösningens fluoridjonhalt genom linjär regression; punkten där linjen
skär x-axeln motsvarar fluoridjonkoncentrationens negativa värde.
0,7
0,6
Absorbans
0,5
0,4
Standard
0,3
Prov
Linear (Standard)
0,2
0,1
-0,020
-0,010
0
0,000
0,010
0,020
0,030
0,040
[F-] mmol/l
Figur 1: Standardadditionskurva med uppmätt absorbans avsatt mot fluoridjonkoncentration. Med extrapolation fås att
linjen skär x-axeln vid [F-] = - 0,019323 mmol/l. För den linjära anpassningen gäller R2=0,9994;
Resultat
De uppmätta fluoridkoncentrationerna räknades om för att kompensera för spädning och
omvandlades sedan till motsvarande massa natriumfluorid. Genom kännedom om invägd mängd
tandkräm (0,3329 g) vid beredningen av tandkrämslösningen kunde sedan en viktsprocent
natriumfluorid i tandkrämen erhållas. För metod A blev denna 0,330 %; motsvarande siffra för metod
B blev 0,305 %. Specifikationen på tandkrämstuben angav 0,32 % NaF-innehåll. Resultaten
sammanfattas i tabell 3 nedan.
Tabell 3: Resultaten från mätningarna samt omvandling till viktsprocent natriumfluorid i tandkrämen.
Metod
Uppmätt [F-]
(mM)
Volym
provlösn. (ml)
A
0,0209238
2,0
B
0,0193232
2,0
Innehåll enligt specifikation
Spädningsfaktor
Konc. i tandkrämslösning
(mM)
Massa
NaF (mg)
Vikts-%
NaF
12,5
12,5
0,26155
0,24154
1,09819
1,01418
0,3299%
0,3047%
0,32%
Diskussion
I det aktuella försöket visade sig metoden med enkel kalibrerkurva ge ett bättre resultat, även om de
båda metoderna gav snarlika värden och dessutom nära det specificerade. Man kan således anta att
provet: (1) antingen är relativt fritt från interferenser eller (2) det uppkom fel i en eller båda
mätserierna. Eftersom båda regressionerna uppvisar korrelationskoefficienter nära 1 kan det antas
att spädningar och mätningar utförts med god noggrannhet. Således är tandkrämsprovet troligtvis
fritt från ämnen som stör mätningen.
Troliga felkällor diskuteras nedan, under avsnittet Frågor, fråga 4.
Frågor
Fråga 1: Vad händer med kalibrerkurvan vid den spektrofotometriska analysen om halten av
fluoridkomplex närmar sig en punkt då allt reagens har förbrukats, dvs när reagens inte
längre finns i överskott?
Då det inte längre finns överskott av reagens kommer inte heller fluoridjonerna att binda till
komplexet – jämvikten förskjuts inte kraftigt åt höger. Eftersom fria fluoridjoner inte absorberar UVljus kommer kalibrerkurvan att flacka ut.
Fråga 2: När är metod A att föredra? När är metod B att föredra? Varför? Vilka är
fördelarna/nackdelarna med de olika metoderna?
Metod B är att föredra då det förekommer interferenser då denna metod kan i viss mån kringgå
dessa. Alla prov får samma fel; det kan då enkelt räknas bort. Då interferenser inte förekommer i så
stor utsträckning är metod A att föredra eftersom det är en enklare och billigare metod, framförallt
vid upprepade mätningar. Om man har 30 prov med tandkräm kan man med metod A använda
samma kalibrerkurva till alla 30 prov, och behöver inte heller tillsätta standard till alla prov.
Fråga 3: Reagenslösningen innehåller en pH-buffert. Vad är orsakerna till detta? Hur påverkas
spektrumet för reagenset och fluoridkomplexet då pH på lösningarna ändras? Vad kan
vara anledningen till detta? Vilken inverkan kan ett felaktigt pH ha på analysresultatet?
Då lösningen har ett högre pH (basiskt) kommer absorbansen att stiga, och på motsvarande sätt
sjunka i sur miljö. Detta beror på att reaktion 1 ovan (se avsnittet Teori) drivs åt höger då lösningen
är mer basisk enligt Le Chateliers princip. LaL- är den begränsande reaktanten i reaktion 2 och om fler
LaL- bildas kommer fler fluoridjoner att bindas i komplex, vilket ger högre absorbans.
I sur miljö minskar tillgången av LaL- och således komplexbinds färre fluoridjoner; absorbansen
minskar.
Fråga 4: Vilka felkällor kan ha påverkat det erhållna resultatet?
Metoden är känslig för olika slags smuts som kan förekomma på kyvetterna, till exempel
fingeravtryck och spill från provlösningar. Spektrofotometern som användes hade tidigare under
dagen fungerat dåligt. Dessutom användes automatpipetter, vilkas noggrannhet både när det gäller
kalibrering och handhavande kan ifrågasättas.