Atomska spektroskopijaHandout 4.
Atomska spektroskopija Odreivanje elementarnog sastava uzorka na
osnovu elektromagnetnog spektra, odnosno masenog spektra. Dijeli se
ovisno o vrsti izvora atomizacije (vrsti spektara koji se mjere)
Najveda razlika izmeu optike i masene spektrometrije
Masena spektrometrija (MS) mnogo kompleksnija, instrumentacija
mnogo skuplja, odravanje mnogo skuplje, ali znaajno bolje analitike
performanse.
Atomska spektroskopija (optika) Atomska spektroskopija se bavi
interakcijom elektromagnetnog zraenja i atoma, znai samo osobinama
atoma (priroda i koliina atoma nekog elementa)
Molekulska spektroskopija se bavi svim aspektima interakcije
elektromagnetnog zraenja i materije (hemijska funkcija, struktura
materije) i po tome daje mnogo vie informacija Meutim, ne treba
umanjiti znaaj atomske spektroskopije
Atomska spektroskopija Neophodna je slobodna populacija atoma:
supstanca se u plamenu, pedi ili plazmi razgrauje u atome Plazma =
vreo gas koji sadri ione i slobodne elektrone Koncentracije
elemenata (nastalih razgradnjom supstance) se mjeri - na osnovu
njegove apsorpcije u kontinuiranom svjetlosnom signalu - na osnovu
emisije koju emituje element
Uvod Uzorak se zagrijava na 2000 8000 K, to rezultira njegovom
razgradnjom u atome, u parnom stanju Emisija, apsorpcija ili
fluorescenca atoma jednog elementa je vrlo karakteristina i vrlo
osjetljiva (karakteristian linijski spektar)
Atomska spektroskopija Atomsku spektroskopiju karakterie: -
visoka osjetljivost, - mogudnosti razlikovanja jednih od drugih
prisutnih atoma u sloenom uzorku, - mogudnosti da se u jednom
uzorku radi multielementna analiza, - mogudnost primjene visokog
stupnja automatizacije
Atomska emisija, apsorpcija, fluorescenca Osnovni dio ureaja
koji mjere apsorpciju, emisiju ili fluorescencu je plamen, odnosno
matriks u kome de nastati populacija slobodnih atoma U emisiji,
atomi u plamenu emitiju karakteristian atomski emisioni spektar U
apsorpciji, populacija atoma u plamenu se ozrai tano odreenim
talasima (karakteristinim za atom) koje onda atom apsorbuje
Atomska emisija, apsorpcija, fluorescenca U fluorescenci
najprije dolazi do apsorpcije, a potom do karakteristine emisije,
uz zadrku (atomska fluorescenca je oko 1000 puta osjetljivija od
molekulske)emisija pobueno stanje apsorpcija fluorescenca prelaz
bez emisije
osnovno stanje
atomi u plamenu detektor atomska emisija monohromator atomska
apsorpcija uplja katoda atomska fluorescenca monohromator
monohromator detektor
laser
detektor
plamen
Atomska i molekulska spektroskopija Jedna od naznaajnijih
razlika izmeu atomske i molekulske spektroskopije je irina emisione
ili apsorpcione trake vrste i tene supstance daju traku irine 10
100 nm. Atomi u gasovima daju vrlo otre linije irine oko 0,001 nm,
tako da se linije razliitih atoma rijetko kad preklapaju: osnov za
multielementarnu analizu. Neki instrumenti mogu simultati odreivati
ak 70 elemenata
Atomska emisija, apsorpcija, fluorescenca Atomska emisija -
najvie koritena tehnika (plazma) U svim oblicima atomske
spektroskopije koriste se razliiti postupci atomizacije, tako da se
svaki oblik spektroskopije moe dijeliti ovisno o vrsti atomizera i
nebulajzera.
Atomizacija Proces dobijanja slobodne populacije atoma Postie
se: - plamenom - plamena atomizacija - elektriki zagrijanoj pednici
- plazmom Najnestabilniji izvor atomizacije
Plamen u atomizaciji Najstariji i jo uvijek najedi nain
atomizacije. Sve vie se zamjenjuje grafitnom kivetom i induciranom
kuplovanom plazmom Dio instrumenta u kome se stvara slobodna
populacija atoma je nebulajzer (stvaranje spreja, magle, fino
rasprene tenosti)
Pod pritiskom gasa (vazduh, N2O) oksidans, tenost se rasprava u
fine estice nastaje aerosol, koji se usisava u plamenik
Tehniko rjeenje nebulajzera i plamenika
Atomizacija - plamen Aerosol koji ulazi u plamen ini oko 5%
poetnog uzorka Gasovi: a) gorivo (fuel) b) oksidans (oxidant)
Kombinacije gasova:Fuel Acetilen (C2H2) Acetilen Oxidant vazduh
Azot suboksid (N2O) Maksimalna temperatura plamena (K) 2400 - 2700
2900 - 3100
Acetilen Hidrogen HidrogenCijanogen (C2N2)
Oksigen Vazduh OksigenOksigen
3300 - 3400 2300 - 2400 2800 - 30004800
Profil plamenaNajede koritena smjesa: acetilen : vazduh (2400
2700 K)
vanjski konus - vanjska zona oksidacijski dio plamena
meuzona plavi konus - primarna reakciona zona (redukcioni
plamen)
zona predgrijavanja
glava plamenika
Elektrina pednica Elektrina pednica grafitna pednica (grafitna
kiveta) Osjetljivija od plamena
Zahtijeva manju koliinu uzorka: 1 - 100l. Svjetlost iz izvora
putuje kroz prozorid na svakoj strani grafitne cijevi: osigurava se
atomizacija na putu svjetlosti (par sec)
Grafitna kiveta Da se sprijei oksidacija grafita, argon prolazi
preko grafita (max. temperatura 2550oC) Za razliku od plamena
grafitna kiveta trai vie vjetine operatora: nalaenje uslova za
svaku vrstu uzoraka. Da se uzorak atomizira proces ima 3 4
koraka:
Grafitna kiveta1. ubacivanje uzorka (cca 90oC) 2. suenje (nalog
dry oko 60 s, temp. 1400oC razgradnja organske materije esto
oznaena kao piroliza; stvara se dim, koji moe interferirati sa
odreivanjem) 3. atomizacija (10 s., 2100oC) 4. Apsorpcija (2500oC;
3 sec. uz uklanjanje zaostalih rezidua)
Inductively coupled plasma (ICP) inducirana kuplovana plazma ICP
je tip plazme (izvora) u kome je energija osigurana elektrinom
strujom nastalom elektromagnetnom indukcijom (vremenskim variranjem
magnetnih polja) Temperatura plazme je gotovo 2 puta veda od
temperature plamena Najede se koristi plazma argona, jer je
inertna: energija izbijanja elektrona 15,8 eV, gotovo najveda u
prirodi (sem He, Ne, F), pa je njegova ionizacija vrlo ograniena.
Nastaju Ar+, ekscitirani atomi Ar i elektroni. U sudaru s njima
nastaju ioni analita
ICP Temperaturni profil plazme
ICP Visoka temperatura, stabilnost izvora i relativno inertni
matriks plemenitog Ar, eliminiraju najvedi broj interferencija koje
se javljaju u plamenu. Simultano se odreuje veliki broj
elemenata
Atomska emisija Uzorak se zagrije (plamen, elektrina pednica,
plazma) Emisioni spektar pada na monohromator detektor pisa
Veliki broj metoda varijacija izvedbe i kombinacije - Optika
emisiona spektroskopija (OES) - Atomska emisiona spektroskopija
(AES) - Arc spark emisiona spektroskopija
Instrumentacija Plamen fotometri - meu najstarijim, koristi
optike filtre, plamen: butan propan Alkalijski i ogranieno
zemnoalkalijski metali Medicina, poljoprivreda
Instrumentacija Spektrograf fotografsko snimanje spektara Vie
razliitih tipova oblast elektromagnetnog zraenja, razliiti izvori
(prirodni i vjetaki) esto se oznaavaju i kao polihromi
Instrumentacija Spektrometar (spektroskop, spektrograf) mjeri
osobine svjetlosti uodreenom dijelu elektromagnetnog spektra.
Zasnovan na analizi emisionog spektra : identifikacija supstance.
Mjeri intenzitet svjetla.
Termin se koristi za sve instrumente koji rade u irokom podruju
talasnih duina (frekvencija) od gama zraka do dalekog IR.
Solarni spektrograf
Instrumentacija Kvantometar spektroskopski instrument za
odreivanje % uede metala u uzorku (fotoelektrino registriranje
spektra) Metalna industrija
Optiki emisioni spektrometar
Atomska apsorpciona spektroskopija, AAS Za razliku od emisije,
uzorak se izlae djelovanju zraenja ija energija odgovaraju
pobuivanju elektrona odreenih atoma
Shema AAS
Hallow cathode lamp uplja katoda
Atomska fluorescentna spektroskopija Tehnike atomske
fluorescentne spektroskopije se koriste u analizama jedinjenja
prisutnih u vazduhu ili vodi, kao to je CVAFS (cold vapor atomic
fluorescence spectroscopy) odreivanje ive i drugih lako isparljivih
tekih metala.
Cold vapor atomic fluorescence spectrometry for Hg
determination
