Photometer Kalibrierung nach Pharmacopoea Europaea (PhEur)

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Allgemeines

UV/VIS-Photometer gehören zu den wichtigsten Geräten in der Instrumentellen Analytik, sie werden unter anderem zur Qualitätssicherung eingesetzt. Daher gibt es verschiedene Vorschriften zur Überprüfung ihrer Funktionsfähigkeit (im PhEur als "Kalibrierung" bezeichnet): 

In der Regel wird die Überprüfung
  1. der Wellenlängengenau Photometer: Wellenlängengenauigkeit, Streulichtverhalten, Auflösungsvermögenigkeit
  2. der Absorption (photometrische Genauigkeit) (auf dieser Seite! - nach unten scrollen)
  3. des Streulichtverhaltens
  4. das Auflösungsvermögen
vorgeschrieben.

Überprüfung der Absorption

Am Interessantesten ist die Überprüfung der Absorption, hier gibt es in der Praxis am ehesten Abweichungen. Dies kann natürlich an einem defekten Photometer liegen, aber auch an den folgenden Punkten.

Im Europäischen Arzneibuch (PhEur) steht:
Die Absorption wird mit Hilfe eines geeigneten Filters oder mit einer Lösung aus Kaliumdichromat R bei den in der Tabelle angegebenen Wellenlängen überprüft, wobei für jede Wellenlänge der genaue Wert und die zulässige Abweichung für die spezifische Absorption angegeben sind. Die Toleranz für die Absorption beträgt ±0,01. Zur Kontrolle der Absorption wird folgende Kaliumdichromat-Lösung verwendet: 57-63mg Kaliumdichromat R, das zuvor bei 130°C bis zur Massenkonstanz getrocknet wurde, werden in Schwefelsäure (0,005 M) zu 1000,0mL gelöst.

Vergleich mit dem Britischen Arzneibuch

UVSG (The Ultraviolet Spectrometry Group, Großbritannien)a) Europäisches Arzneibuch (PhEur)b)
Wellenlänge [nm] A (1%, 1cm) Soll-Bereich A (1%, 1cm) Soll-Bereich
235 125,1 123,2-127,0 124,5 122,9-126,2
257 145,4 143,9-146,9 144,0 142,4-145,7
313 48,8 48,1-49,5 48,6 47,0-50,3
350 107,1 106,0-108,2 106,6 104,9-108,2

a) Die UVSG-Werte sind für einen Konzentrationsbereich von 50-100mg pro Liter Kaliumdichromat in 0,005M Schwefelsäure, 20 +/- 5°C. Kaliumdichromat Photometer Kalibrierung K2Cr2O7 Spektrum
b) Die EP-Werte sind für 57-63mg pro Liter Kaliumdichromat in 0,005M Schwefelsäure, ohne Temperaturangabe (bei den allgemeinen Voraussetzungen für Absorptionsmessungen steht allerdings 20 +/- 1°C).

Umgerechnet auf eine 60mg/L Dichromat-Lösung ergeben sich folgende Soll-Extinktionen:
  UVSG (The Ultraviolet Spectrometry Group, Großbritannien) Europäisches Arzneibuch (PhEur)
Wellenlänge [nm] min. max. min. max.
235 0,739 0,762 0,738 0,757
257 0,864 0,882 0,855 0,874
313 0,289 0,297 0,282 0,302
350 0,636 0,649 0,630 0,649



Insgesamt sind die EP-Werte also eher etwas niedrig! Dies kann eine "Fehlerquelle" sein.

Dichromat / Chromat Gleichgewichte in der Lösung

Chromat Dichromat Gleichgewicht (K = 0,16, Ggw. 1)
Chromat Dichromat Gleichgewicht(K = 3,0E-7, Ggw. 2)

Chromat Dichromat Gleichgewicht (versch. Literaturwerte: K = 43,7; 35,5; 33,0; 32,9, Ggw. 3)
Alle Konstanten beziehen sich auf 25°C.

Bei pH = 10 liegt das Chrom (VI) zu 99,9% als CrO42- vor, wogegen bei pH = 3 größtenteils HCrO4- mit weniger als 0,1% H2CrO4- vorliegt. Wie im Gleichgewicht 3 zu sehen ist, kann HCrO4- dimerisieren. In einer 40 mg/L (berechnet als K2Cr2O7) Lösung liegen immerhin 0,9% Dimer vor. Das ist der Grund für Abweichungen bei der Photometerkalibrierung nach PhEur.

molare Absorption von Dichromat ChromatDie Abbildung links zeigt, dass die molare Absorption von Dichromat (_________ durchgezogene Linie) größer als die von Chromat (---------- gestrichelte Linie) ist. Die gepunktete Linie (.........) ist die Absorption des Chromats multipliziert mit zwei. An den isosbestischen Punkten von dem zweifachen Chromat (......) und Dichromat (_______ durchgezogene Linie) sollte sich die Lösung an Lambert-Beer halten.
Quelle d. Abbildung: Menis, Schulz, (1970) NBS Technical Note 544.






Ringversuch: Kaliumdichromat-Standard Absorptionen

Absorptions-Abweichungen vom Europäischen Arzneibuch

In einem Ringversuch wurde mit verschiedenen Laboranten "Operators", Geräten und Laboratorien eine 60 mg/L Kaliumdichromat-Lösung angesetzt und vermessen:

  235 nm 257 nm 313 nm 350 nm
Instrument min max min max min max min max
PhEur 0,738 0,757 0,855 0,874 0,282 0,302 0,63 0,649
Double-beam 0,750 0,754 0,870 0,872 0,293 0,295 0,647 0,646
Double-beam 0,746 0,744 0,865 0,865 0,291 0,299 0,643 0,648
Double-beam 0,740 k.A. 0,860 k.A. 0,287 k.A. 0,639 k.A.
Double-beam 0,753 0,749 0,865 0,864 0,291 0,295 0,646 0,642
Single-beam 0,753 0,749 0,873 0,870 0,293 0,292 0,647 0,645
Diode Array 0,745 0,746 0,866 0,867 0,292 0,292 0,640 0,641
Diode Array 0,740 0,742 0,861 0,864 0,289 0,290 0,637 0,639
Diode Array 0,745 0,745 0,866 0,867 0,289 0,290 0,640 0,640
Double-beam 0,753 0,757 0,875 0,876 0,295 0,295 0,649 0,648
Double-beam 0,748 k.A. 0,868 k.A. 0,291 k.A. 0,645 k.A.
Single-beam 0,747 0,742 0,867 0,862 0,290 0,289 0,643 0,643
Double-beam 0,743 0,744 0,865 0,866 0,290 0,290 0,643 0,644
Double-beam 0,748 0,748 0,871 0,859 0,294 0,292 0,645 0,646
Double-beam 0,767 0,768 0,885 0,886 0,298 0,299 0,639 0,641
Diode Array 0,753 0,742 0,873 0,862 0,295 0,289 0,648 0,639
Mittelwert 0,749 0,749 0,869 0,868 0,292 0,293 0,643 0,643
Standardabw 0,007 0,008 0,006 0,007 0,003 0,003 0,004 0,003
Variationskoeff (VK%) 0,9 1,0 0,7 0,8 0,9 1,2 0,6 0,5

Auch dieser Ringversuch beweist, dass die Absorptionen im PhEur tendenziell eher etwas zu niedrig sind. Wenn es Abweichungen gibt, dann bei den maximal zulässigen Absorptionen.

Die Briten

Die Briten haben witzigerweise genau das umgekehrte Problem:

  235 nm 257 nm 313 nm 350 nm
Instrument min max min max min max min max
Brit. Arzn. 0,751 0,762 0,864 0,882 0,289 0,297 0,636 0,649
Double-beam 0,750 0,754 0,870 0,872 0,293 0,295 0,647 0,646
Double-beam 0,746 0,744 0,865 0,865 0,291 0,299 0,643 0,648
Double-beam 0,740 k.A. 0,860 k.A. 0,287 k.A. 0,639 k.A.
Double-beam 0,753 0,749 0,865 0,864 0,291 0,295 0,646 0,642
Single-beam 0,753 0,749 0,873 0,870 0,293 0,292 0,647 0,645
Diode Array 0,745 0,746 0,866 0,867 0,292 0,292 0,640 0,641
Diode Array 0,740 0,742 0,861 0,864 0,289 0,290 0,637 0,639
Diode Array 0,745 0,745 0,866 0,867 0,289 0,290 0,640 0,640
Double-beam 0,753 0,757 0,875 0,876 0,295 0,295 0,649 0,648
Double-beam 0,748 k.A. 0,868 k.A. 0,291 k.A. 0,645 k.A.
Single-beam 0,747 0,742 0,867 0,862 0,290 0,289 0,643 0,643
Double-beam 0,743 0,744 0,865 0,866 0,290 0,290 0,643 0,644
Double-beam 0,748 0,748 0,871 0,859 0,294 0,292 0,645 0,646
Double-beam 0,767 0,768 0,885 0,886 0,298 0,299 0,639 0,641
Diode Array 0,753 0,742 0,873 0,862 0,295 0,289 0,648 0,639
Mittelwert 0,749 0,749 0,869 0,868 0,292 0,293 0,643 0,643
Standardabw 0,007 0,008 0,006 0,007 0,003 0,003 0,004 0,003
Variationskoeff (VK%) 0,9 1,0 0,7 0,8 0,9 1,2 0,6 0,5


Bei beiden wurde 0,005M Schwefelsäure als Lösungsmittel verwendet.

Nach diesem Versuch könnte man meinen, das Europäische Arzneibuch macht doch die bequemeren Vorgaben

Das verwendete Lösungsmittel

In der Literatur ist Widersprüchliches zum eingesetzen Lösungsmittel zu finden. Einige Autoren behaupten, die Wahl zwischen Perchlorsäure und Schwefelsäure (im PhEur ist Schwefelsäure vorgeschrieben) hätte keinen so großen Einfluss wie das oben beschriebene Phänomen. In NBS-Publikationen steht, 0,005M H2SO4 hätte zwei Nachteile gegenüber Perchlorsäure:

Wichtig ist (wie immer bei photometrischen Messungen) die genaue Angabe des Lösungsmittels (wie angesetzt? genauer pH-Wert?).  

pH-Abhängigkeit

Ohne das selbst ausprobiert zu haben, gibt es auch Quellen die eine geringe pH-Abhängigkeit angeben, z.B. Milazzo. Analytical Chemistry, 49, 711 (1977): 0,06006g/kg Dichromat in H2SO4, 253,7nm

0,01 N H2SO40,011 N H2SO4
Anzahl Messungen3030
pH2,352,11
mittlere Absorption0,8550,855
Standardabweichung0,000700,00066
As mentioned before, some tests were carried out to evaluate the effect of the acidity of the solutions on the final value of the absorption. A variation of even 10% in the pH has shown that it does not cause, at least not in a way that can be determined with the instruments used, any change in the absorbance value of solutions containning oexactly the sdame amount of dichromate.



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