Spectroscopie Atomica

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Analiza instrumentala.

Text of Spectroscopie Atomica

  • Spectroscopie atomic

    33

    II.2.

    SPECTROSCOPIA ATOMIC

    Spectroscopia atomic cuprinde metodele spectroscopice ce seocup cu analiza i cuantificarea energiei absoarbite sau cedate deprob la nivelul atomului. Corespunztor, spectroscopia atomic seclasific n spectroscopie de absorbie atomic (AAS) i n spectroscopie deemisie atomic (OES). Spectroscopia atomic este folosit pentrudeterminarea calitativ i cantitativ a elementelor chimice i a ionilor dincompui anorganici i organici. Dat fiind rezoluia deosebit de mare aacestor metode, una din aplicaiile de baz este analiza urmelor desubstane anorganice, n special metale grele.

    Spectroscopia de absorbie atomic se clasific n:- spectroscopie de absorbie atomic (AAS)- spectroscopie de emisie atomic (OES)- spectroscopie de fluorescen atomic

    Informaii privind strile energetice din atomi snt date de domeniulultraviolet/vizibil (UV/VIS) i de domeniul Rntgen al spectrului radiaieielectromagnetice. n concordan cu aceste informaii spectroscopiaatomic are dou ramuri importante:

  • Spectroscopie atomic

    34

    - Spectroscopia atomic n domeniul ultraviolet-vizibil (UV-VIS)- Spectroscopia atomic n domeniul RntgenSpectroscopia atomic UV/VIS se realizeaz printr-un aport

    energetic important sub form de: flacr, arc electric, scnteie electric,plasm sau laser care aduce toate componentele probei de analizat nstare atomic sau ionic gazoas, stare n care se fac determinrispectroscopice calitative i/sau cantitative ale elementelor chimice dinamestecuri de substane, aliaje metalice, ale microelementelor din mediusau alimente, etc.

    Tab.II.1.4. Valori comparative ale limitelelor de detecie pentru diferite metodespectroscopice atomice folosite n analiza elemenar [1]

    Elementchimicanalizat

    Spectroscopieatomic deabsorbie cuflacr (AAS) [g l-1]

    Spectroscopieatomic deabsorbieelectrotermiccu cuptor degrafit (GF-AAS) [g l-1]

    Emisie cuplasmcuplatinductiv +spectroscopieoptic deemisie (ICP-OES) [g l-1]

    Emisie cuplasm cuplatinductiv +spectroscopiede mas (ICP-MS) [g l-1]

    Ag 1,5 0,005 0,6 0,002Al 45 0,1 1 0,005As 150 0,05 2 0,0006Au 9 0.15 1 0,0009B 1000 20 1 0,03Ba 15 0.35 0.03 0,00002Br - - - 0,2C - - - 0,8Ca 1,5 0,1 0,5 0,0002Cd 0,8 0,002 0,1 0,00009Co 9 0,15 0,2 0,0009Cr 3 0,004 0,2 0,0002Cu 1,5 0,014 0,4 0,0002Ge 300 0,6 1 0,016

  • Spectroscopie atomic

    35

    Hg 300 0,6 1 0,016K 3 0,005 0,0002 0,0002Li 0,8 0,06 0,3 0,001Mg 0,15 0,004 0,04 0,0003Mn 1,5 0,005 0,1 0,00007Na 0,3 0,005 O,5 0,0003Ni 6 0,07 0,5 0,0004P 75000 130 4 0,1Pt 60 2,0 1 0,002Sb 45 0,05 2 0,0009Se 100 0,05 4 0,0007Si 90 1,0 10 0,03Sn 150 0,1 2 0,0005Sr 3 0,025 0,05 0,00002Te 30 0,1 2 0,0008Ti 75 0,35 0,4 0,003U 15000 - 10 0,0001W 1500 - 1 0,005Zn 1,5 0,02 0,2 0,0003

    La spectroscopia atomic n domeniul Rntgen aportul de energienecesar producerii dezechilibrului atomului pentru a reaciona spectral seface sub forma unui fascicul de electroni de mare energie sau a unuifascicul de radiaii Rntgen ce interacioneaz cu materialul de analizat.Din aceast interaciune se produce la nivelul straturilor atomice vecine cunucleul atomic (straturile K i L) o emisie specific de radiaii Rntgen cecaracterizeaz calitativ i cantitativ elementele chimice analizate.

    Dat fiind detectabilitatea la concentraii extrem de sczute lamajoritatea metodelor spectroscopiei atomice, una din aplicaiileimportante ale acestora este analiza urmelor. n tabelul II.1.4 snt datevalori comparative ale limitelelor de detecie pentru diferite metode alespectroscopiei atomice folosite n analiza elementar. Aa cum seobserv i din tabel, aceste metode snt imbatabile n ce privete analizaurmelor de metale grele, din mediu, alimente, buturi, etc.

  • Spectroscopie atomic

    36

    Pentru efectuarea spectroscopiei atomice de absorbie, de emisiesau de fluorescen proba de analizat este transformat n vapori atomicisau ionici, procedeu denumit atomizare. Atomizarea se realizeaz cuajutorul diferitelor forme de energie termic, tabelul II.1.5. Attreproductibilitatea datelor ct i precizia msurtorilor la metodelespectroscopiei atomice depind critic de modul de realizare a atomizrii.

    Exist dou modaliti de atomizare:- atomizare continu- atomizare discret (n arje)

    La atomizarea continu proba este introdus n mod continuu cu vitezconstant n atomizor. Semnalul spectral la atomizarea continu esteconstant n timp. La atomizarea discret o cantitate bine determinat dinsubstana de analizat este introdus n atomizor sub form lichid sausolid.

    Tab.II.1.5. Principalele metode ale spectroscopiei atomice, modul de realizare a atomizrii, temperatura specific de atomizare i domeniul principal de aplicare

    Denumirea metodei Modul de realizare a atomizrii Temperatur deatomizare [ 0C]

    Spectroscopie de absorbieatomic (AAS)

    flacr de gaze 1.700- 3.100

    Spectroscopie de absorbieatomic (ETAAS)

    Electrotermic (cu cuptor de grafit)cu nclzire rezistiv

    1.200-3.000

    Spectroscopie de emisieatomic cu plasm cuplatinductiv (ICP)

    Cu plasm termic de argon cuplat(focalizat) inductiv

    4.000-6000

    Spectroscopie de emisieatomic cu plasm de curentcontinuu (DCP)

    Cu plasm termic de argonrealizat n arc electric de curentcontinuu

    4.000-6000

    Spectroscopie de emisieatomic cu arc electric

    Cu arc electric realizat ntre prob iun electrod inert sau metal pur

    4.000-5.000

    Spectroscopie de emisieatomic cu scnteie

    Cu scnteiere electric realizat ntreprob i un electrod inert sau metalpur

    20.000-30.000

  • Spectroscopie atomic

    37

    Spectroscopie de emisieatomic cu facr (AES)

    flacr de gaze 1.700- 3.100

    Spectroscopie atomic defluorescen cu flacr (AFS)

    flacr de gaze 1.700- 3.100

    Spectroscopie atomic defluorescen cu plasmcuplat inductiv (AFS)

    Cu plasm termic de argon cuplat(focalizat) inductiv

    4.000-6000

    Spectroscopie atomic defluorescen

    Electrotermic (cu cuptor de grafit)cu nclire rezistiv

    1.200-3.000

    La acest tip de atomizare semnalul spectral atinge un maxim apoi scade lazero dup ce vaporii atomici ies din zona de evaporare (vezi i fig.II.1.36).Absorbia, emisia sau fluorescena amestecului de gaze rezultat n urmaatomizrii formeaz baza determinrii calitative i/sau cantitative a cca 70de elemente chimice. Limita de detectare a acestor procedee este situatntre pri per milion (ppm) i pri per bilion (ppb), tab.II.4. Metodelespectroscopiei atomice n domeniul ultraviolet-vizibil (UV-VIS) sntconsiderate ca fiind cele mai selective tehnici analitice.

    II.2.1. Spectroscopia de absorbia atomic

    Spectroscopia de absorbie atomic (AAS) este o metodrecunoscut pentru analiza cantitativ a multor elemente chimice nspecial metale i semimetale. Spectroscopia de absorbie atomic sebazeaz pe absorbia selectiv, pe o band foarte ngust, a radiaiei dectre electronii atomilor liberi gazoi (stare atomizat) ai substanei deanalizat. Metoda are o selectivitate foarte mare dat de faptul c spre probade examinat se trimite un fascicul de radiaie ce conine spectrul ingust alelementului de examinat, spectru care este absorbit proporional cuconcentraia lui de ctre elementul chimic din proba de analizat atomizat.Atomizarea se realizeaz prin trecerea atomilor substanei de analizat prin

  • Spectroscopie atomic

    38

    aport de energie ntr-o form de atomi individuali, liberi, capabili sabsoarb fotoni emii de sursa de radiaie monocromatic. Necesarul deenergie pentru atomizare se poate asigura sub form termic, obinut cuo flacr de gaz sau cu un cuptor de grafit (tub de grafit nclzit electric),sau se poate asigura prin tehnici speciale, cu substana de analizat nsoluie (tehnica hidrurilor). Domeniul acoperit de spectroscopia de absorbieatomic este cel ultraviolet i cel vizibil la lungimi de und ntre 190-800nm. Datorit selectivitii mari dat de ngustimea liniilor spectrale i alimitelor de detecie extrem de sczute, pn n domeniul pri per trilion,spectroscopia de absorbie atomic este folosit n principal n analizaconcentraiilor mici i a urmelor de metale grele n mediu, alimente,buturi, medicamente, etc. Tot datorit acestor caracteristici AAS estefolosit i ca structur de analiz n cromatografia gazoas, spectroscopulde absorbie atomic fiind plasat dup coloana de separare.

    La ora actual snt folosite procedee de spectroscopie de absorbieatomic care se deosebesc dup modul de atomizare. Dup acest criteriuspectroscopia de absorbie atomic se clasific n:

    - Spectroscopia cu flacr (F-AAS)- Spectroscopia cu cuptor de grafit (GF-AAS)- Spectroscopia cu hidruri (CV-AAS)

    II.2.1.1. Analiza cantitativ la spectroscopia de absorbie atomic

    Spectroscopia de absorbie atomic (AAS) este o metodcomparativ. Pentru obinerea curbei de etalonare se folosesc etaloane deconcentraie cunoscut care se aduc pe rnd n stare excitat msurndu-sepentru fiecare absorbia. La baza analizei cantitative st legea Lambert-Beer. Fasciculul de radiaie a elementului de analizat provenit de la lamp,figura II.2.29, de intensitate:

  • Spectroscopie atomic

    39

    hnI0

    = (II.2.1)

    trece prin flacr sau cuptorul de grafit care conine atomii absorbani(atomi liberi). Acest mediu absoarbe o parte din intensitatea radiaiei Iabslsnd s treac o parte I :

    III 0abs -= (II.2.2.)

    Fig. II.2.29. Schema de principiu privind absorbia radiaiei de intensitate (I0) provenit dela lampa cilindric cu catod gol n flacra care conine atomii liberi ai elementului analizat

    Intensitatea fasciculului trecut prin prob (I) are expresia:

    cbk0 eII

    = (II.2.3.)

    unde k- coeficient de absorbie dependent de frecven