INSTRUMENTALNE METODE

Prof.dr Aleksandra Perić Grujić Katedra za analitičku hemiju i kontrolu kvaliteta

Prof.dr Aleksandar Marinković Katedra za organsku hemiju

INSTRUMENTALNE TEHNIKE • ANALIZA NEORGANSKIH

JEDINJENJA

• molekulska spektroskopija u vidljivoj oblasti;

• atomska apsorpciona spektroskopija;

• atomska emisiona spektroskopija; • elektronska spektroskopija; • termogravimetrijska analiza; • elektrohemijske metode.

• ANALIZA ORGANSKIH JEDINJENJA

• gasna hromatografija; • tečna hromatografija • infracrvena spektroskopija; • spektroskopija u UV oblasti; • nuklearna magnetna rezonanca; • - • - • -

Program Fond časova: 2+1

• Apsorpciona spektroskopija molekulska (UV, Vis, IR) i atomska (AAS) • Emisiona spektroskopija (ES, ICP) • MS, MS/MS • Hromatografija (GC, LC, HPLC) • Kuplovane tehnike (HPLC-UV, HPLC-MS/MS, ICP-MS, TPD-MS) • Predavanja, primeri i sve informacije:

instrumentalne.tmf.bg.ac.rs

Način provere znanja

• Kolokvijumi 2x20% • Završni ispit 60%

Kolokvijumi

• Kolokvijum 1 - 6. nedelja (7.11.2019.)

• Kolokvijum 2 – 13. nedelja (26.12.2019.)

Literatura

• J. Mišović i T. Ast, Instrumentalne metode hemijske analize, TMF Beograd 1989.

• Lj. Fotić, M. Laušević, D. Skala i M. Bastić, Instrumentalne metode hemijske analize-praktikum za vežbe, TMF Beograd 1990.

• M. Todorović, P. Đorđević i V. Antonijević, Optičke metode instrumentalne analize, BU, Hemijski fakultet Beograd 1997.

• S. Milosavljević, Strukturne instrumentalne metode, BU, Hemijski fakultet Beograd 1997.

ZNAČAJ INSTRUMENTALNIH METODA

ušteda vremena postizanja veće tačnosti pri radu snižavanje granica detekcije analiziranje malih količina uzoraka neke od metoda su nedestruktivne eventualna mogućnost rada bez prethodnih

procesa separacije.

Primena rezultata dobijenih instrumentalnim metodama

u (naučnim) ispitivanjima;

u projektovanju novih tehnoloških procesa/procedura;

u praćenju procesa proizvodnje;

u kontroli procesa;

u kontroli kvaliteta sirovina, međuproizvoda, poluproizvoda i gotovih proizvoda.

INSTRUMENTALNE TEHNIKE • ANALIZA NEORGANSKIH

JEDINJENJA

• molekulska spektroskopija u vidljivoj oblasti;

• atomska apsorpciona spektroskopija;

• atomska emisiona spektroskopija; • elektronska spektroskopija; • termogravimetrijska analiza; • elektrohemijske metode.

• ANALIZA ORGANSKIH JEDINJENJA

• gasna hromatografija; • tečna hromatografija • infracrvena spektroskopija; • spektroskopija u UV oblasti; • nuklearna magnetna rezonanca; • - • - • -

KAKO ODABRATI ADEKVATNU METODU ANALIZE?

prilikom odlučivanja o izboru metode, istraživač mora da vodi računa o mnogim faktorima: kompleksnosti materijala, koncentracijama hemijskih vrsta od interesa, broju uzoraka koje treba analizirati, tačnosti koja se zahteva…

izbor takođe zavisiti i od poznavanja osnovnih principa na kojima se pojedine metode baziraju, ali i njihovih mogućnosti i ograničenja.

“Things should be made as simple as possible, but not simpler.”

Albert Einstein

Prilikom izbora metode mora se uzeti u obzir:

• da li je potrebna delimična ili kompletna analiza uzorka;

• broj uzoraka koji se analizira; • koncentracije od interesa (1-100%; 0,01-1%; manje

od 0,01%); • da li se uzorak mora čuvati nakon analize; • koja je potrebna preciznost; • trajanje analize; • cena analize; • pouzdanost odabrane metode; • obučenost eksperimentatora; • posledice potencijalne greške merenja...

FIZIČKE OSOBINE (SPECIFIČNE I NESPECIFIČNE): 1. Opšte osobine: • masa; • zapremina; 2. Mehaničke osobine: • gustina; • površinski napon; • viskozitet; • brzina prostiranja zvuka;

3. Osobine koje tretiraju međusobno dejstvo mase i energije zračenja:

• apsorpcija energije zračenja; • emisija energije zračenja • zamućenost; • Ramanov efekat; • skretanje ravni polarizovane svetlosti; • indeks prelamanja; • refleksija; • fluorescencija; • fosforescencija; • difrakcija X-zraka; • nuklearna magnetna rezonanca;

4. Električne i magnetne osobine: • elektrodni potencijal; • električna provodljivost; • magnetna susceptibilnost; 5. Termičke osobine: • temperature prelaza (topljenja,

ključanja,...); • toplota reakcije; • toplotna provodljivost; 6. Nuklearne osobine: • radioaktivnost.

Elektromagnetno zračenje i materija

Transmisija – elektromagnetno zračenje prolazi

kroz materiju bez ikakve interakcije Apsorpcija - elektromagnetno zračenje biva

adsorbovano od strane atoma, jona ili molekula podižući ih na viša energetska stanja

Emisija - oslobađanje energije od strane atoma, jona ili molekula dovodeći ih na niža energetska stanja

Merena fizička veličina Analitička metoda bazirana na merenju te veličine

Masa Gravimetrija

Zapremina Volumetrija

Apsorpcija elektromagnetnog zračenja

Spektrofotometrija (X-zraka, UV, Vis, IR) kolorimetrija, atomska apsorpcija, nuklearno- magnetna rezonanca, elektron spin rezonanca.

Emisija elektromagnetnog zračenja

Emisiona spektroskopija (X-zraka, UV, Vis) plamena fotometrija, fluorescencija (γ-zraka, UV, Vis), radiohemijske metode.

Rasejanje elektromagnetnog zračenja

Turbidimetrija, Nefelometrija, Ramanska spektroskopija.

Refrakcija elektromagnetnog zračenja

Refraktometrija, interferometrija.

Difrakcija elektromagnetnog zračenja

X-zraka, metode bazirane na difrakciji elektrona

Merena fizička veličina Analitička metoda bazirana na merenju te veličine

Rotacija elektromagnetnog zračenja

Polarimetrija, cirkularni dihroizam; optička rotaciona disperzija

Električni potencijal Potenciometrija, hronopotenciometrija

Električna provodljivost Konduktometrija

Električna struja Polarografija, amperometrijske titracije

Količina naelektrisanja Kulometrija

Masa/naelektrisanje Masena spektrometrija

Brzina reakcije Kinetičke metode

Termalne osobine Metode bazirane na merenju termalne provodljivosti ili entalpije: DTA, DSC, kalorimetrija

Radiaoktivnost Aktivacija i metode izotopskog razblaženja

UVOD U SPEKTROSKOPSKE METODE • Osnovni pojmovi

• Energija zračenja • Frekvencija • Brzina prostiranja talasa • Talasna dužina • Plankova jednačina

• Oblasti zračenja

• Radio talasi • Mikrotalasi • IR • Vidljivi zraci • UV • X- • Gama- • Kosmički zraci

OSOBINE ELEKTROMAGNETNOG ZRAČENJA

• Elektromagnetno zračenje je oblik energije koji se prenosi kroz prostor izuzetno velikom brzinom;

• Za razliku od drugih talasnih fenomena, na pr. zvuka, elektromagnetno zračenje se može prostirati kroz vakuum;

• Mnoge osobine elektromagnetnog zračenja opisuju se klasičnim talasnim modelom (talasna dužina, frekvencija, brzina, amplituda);

• Apsorpcija i emisija elektromagnetnog zračenja ne mogu se objasniti talasnim modelom, već se objašnjavaju čestičnom prirodom ovog zračenja (fotoni).

Elektromagnetno zračenje

Dualnost

talasna i čestična priroda zračenja

Elektromagnetni talas sastoji se od električnog i magnetnog talasa koji su međusobno

normalni i imaju istu frekvencu odnosno talasnu dužinu

c= λ/t = λν ν = c/λ λ = c/ν

λ

Elektromagnetno zračenje

Promena unutrašnje energije ΔE = hν (h = 6,63 * 10-34 Js) ν = c/λ (C = 3 * 108 m/s ili 300 000 km/s u vakuumu) *Jedinica za energiju fotona - nije Joul, već eV 1eV = 1,602 × 10-19 J

Max Planck (1 858- 1 947)

Planck-ova hipoteza: Sistem može primiti (apsorbovati) ili otpustiti (emitovati) energiju samo u određenim količinama, to jest u kvantima energije.

SPEKTAR ELEKTROMAGNETNOG ZRAČENJA

nevidljivo

nevidljivo

gama zraci

x-zraci

UV zraci

vidljivo

IC

Mikrotalasi

TV talasi

radio talasi

Elektromagnetni spektar

JONIZUJUĆE I NEJONIZUJUĆE ZRAČENJE

Tipovi energetskih nivoa

• Elektronski • Vibracioni • Rotacioni

Energetski nivoi

E

N

E

R

G

Y

Elektronski nivo

Rotacioni nivo

Vibracioni nivo

Elektromagnetno zračenje

Talasna dužina svetlosti

Vrsta promene Spektroskopska metoda

Radio talasi 100 m – 1 m Prelazi nuklearnih spinova

NMR

Radio talasi 1 m – 1 cm Prelazi elektronskih spinova

Elektronska spinska rezonancija

Mikrotalasi 1 cm -100 µm Prelazi u rotacionim stanjima

Mikrotalasna spektroskopija

Infracrveno zračenje 100 µm - 1µm Promena vibracionih stanja

IR Ramanska spektroskopija

Vidljiva oblast UV oblast

1µm – 10 nm Promena stanja valentnih elektrona

UV/VIS Fuorescentna Atomska

X zračenje 10 nm- 100 pm Promena stanja unutrašnjih elektrona

Rendgenska Elektronska

Gama zračenje 100 pm – 1 pm Promena nuklearnih stanja

Gama

SPEKTAR ELEKTROMAGNETNOG ZRAČENJA

SPEKTRALNA ANALIZA

Ceo elektromagnetni spektar se koristi u spektroskopskim ispitivanjima.

Različite energije omogućavaju praćenje različitih vrsta interakcija sa materijom.

Spektralna analiza zasniva se na merenju energije zračenja

koja je apsorbovana, emitovana ili rasuta od strane atoma, molekula ili jona.

VRSTE SPEKTARA

Prema izgledu: • Linijski (atomi) • Trakasti (molekuli) • Kontinualni (usijana čvrsta tela)

Prema mehanizmu nastajanja: • Apsorpcioni (uzorak apsorbuje) • Emisioni (uzorak emituje) • Ramanski (uzorak rasejava)

Trakasti

A. Kontinuirani (kontinualni) B,C. Linijski

Atomski apsorpcioni spektri

Atomski emisioni spektri

Emisioni spektri

Atomski spektar Na

Emisioni spektri atomski molekulski