Dr. JUVANCZ ZOLTÁN Óbudai Egyetem Dr. FENYVESI ÉVA CycloLab Kft

Átírás

1 Dr. JUVANCZ ZOLTÁN Óbudai Egyetem Dr. FENYVESI ÉVA CycloLab Kft

2 Atom- és molekula-spektroszkópiás módszerek Módszer Elv Vizsgált anyag típusa Atom abszorpciós spektrofotometria (AAS) A szervetlen Lángfotometria E szervetlen Induktívan kapcsolt szervetlen plazma gerjesztés (ICP) E Röntgen Fluoreszcencia E szervetlen spektroszkópia (XRF) Ultraibolya és látható A szerves spektroszkópia (UV-VIS) Infravörös spektroszkópia (IR) A szerves Fluoreszcencia spektroszkópia (Fl) E szerves Jelmagyarázat: E emisszió; A, abszorpció

3 Az abszorpciós és emissziós módszerek összehasonlítása Emissziónál a gerjesztett atomok bocsátják ki az energiát. Abszorpciónál a fény gerjeszti az atomokat

4 Elektronok gerjesztése és energia leadása AAS az alapállapotból a gerjesztett állapotba kerülő elektronok energiaelnyelését, fényabszorpcióját méri. Az ionizációs energiáknál kisebb energiatartalom (UV-VIS) a mérés ideális tartománya.

5 Fényabszorpció elve A fény (I 0 ) egy része elnyelődik az elemek gőzében így csökken a fényintenzitás (I), miközben az elemek nyugalmi állapotból gerjesztett állapotba jutnak. A fényelnyelés mértéke függ az elemek fajtájától, az elemek gőzének sűrűségétől és az optikai úthossztól.

6 A fényabszorpció egyenlete Lambert-Beer törvény A = - log I/ I 0 = k * l * c A: Abszorpció (E) I: Kimenő fényintenzitás I 0 : Bemenő fényintenzitás k: abszorpciós együttható (mol/l) c: koncentráció l: optikai úthossz A = 2-lgT T: ( áteresztőképesség, transzmittancia)

7 Áteresztőképesség (T) -- koncentráció

8 Atom abszorpciós spektroszkópia (AAS) Elem (atom) szelektív analízis módszer A módszer az elemre jellemző hullámhosszúságú fény elnyelésén alapul Nyomelemzésre alkalmas ( ) Az elemek többségének meghatározására alkalmas

9 Fényforrás A lámpa inert gázzal töltött (Ne, Ar). Katód elemre jellemző fém, anód, wolfram). Gerjesztés: Ar + M 0 M* M 0 + λ Modern készülékekben programozott lámpacsere, és kalibrációs görbe felvétel komponenstől függően.

10 AAS alkalmazási köre

11 Lánggerjesztés folyamata

12 Használt lángok Éghető gáz Oxidálószer Hőmérséklet ( K) Hidrogén Levegő Acetilén Levegő Hidrogén Oxigén Acetilén Nitrogén-oxidok Kis koncentrációknál háttérkorrekciót kell használni.

13 Lánggerjesztéses AAS jellegzetes adatai Elem Hullámhossz (nm) Kimutatási határok (μg/l) Al 309,3 20 Cd Cr Cr Pb Pb As As As Hg / Bi

14 Grafitkemencés gerjesztés

15 Grafitkemencés gerjesztés jellegzetes adatai Elem Hullámhossz (nm) Kimutatási határok (μg/l) As As As Bi Hg / Sb Se Sn Te

16 Magasabb hőmérsékleten intenzívebb az energia kisugárzás

17 Lángfotometria Emmisziós színképelemzési módszer, amely során a vizsgált anyag gerjesztése gázlánggal történik. A gerjesztett anyag (molekula, ion) által kibocsátott fény hullámhossza a molekula szerkezetével, a kibocsátott fény intenzitása a molekula koncentrációjával arányos.

18 I em : Emisszió intenzitása I em = A ij * h * jí* N j A ij : Elektron átmenet valószínűsége i és j szint között h: Planck állandó jí : N j : Kisugárzott fény frekvenciája Gerjesztett molekulák száma (arányos a koncentrációval)

19 Az emisszió intenzitása korlátozott körülmények közt arányos a koncentrációval Magasabb koncentráció tartományokban a linearitás nem érvényes az önabszorpció miatt

20 Lángfotometria alkalmazásai Alkáli és alkáli földfémek analízisére megfelelő Korlátozott használat a környezetvédelemben Nem nyomelemzési célra > 10 ppm (pl. Rendkívül egyszerű, gyors használat Környezetvédelmi felhasználás: keménység, Na, Ca

21 ICP A plazma magas hőmérsékletű ( K) részben ionizált gáz, amely atomizált állapotba hozza a minta összetevőit. ICP gyakorlatában a plazmát rádiófrekvenciás generátorral (1-5 kv, 2,7 Mhz) állítják elő rendszerint argon gázban. Az argon ionok rezgésük miatt felmelegszenek, és energiájukat átadják a minta komponenseinek.

22 Minta beinjektálás S ample solution Nebulizer (High solids type) S mall Droplets to ICP Aerosol Ar carrier gas S ample drain Large Droplets to Waste

23 Plazma szerkezete A hatásos gerjesztéshez szükséges közvetítő közeg a mágneses hullám és a minta között, ami az ICP gyakorlatában argon.

24 Egydimenziós optikai ICP elrendezése

25 ICP-MS működési elve Processes in ICP-MS Nebulization Desolvation Vaporization Atomization Ionizat ion Ae rosol liquid sample Ne bulization solid sample Absorption process De solvation Particle Atomization Mole cule Atom Ion Vaporization Ioniz ation Emission process Mass analyzer

26 ICP-MS kimutatási határai

27 Röntgen fluoreszcens spektroszkópia Röntgen besugárzással történik a gerjesztés Elemekre jellemző sugárzást mérik Szilárd minták analízisére alkalmas Terepi mérésekre alkalmas módszer Szabvány módszer: EPA 6200

28 Röntgen sugárzás jellemzői

29 XRF elve XRF főleg az alsó pályákról kilökött elektronok helyettesítéséből származó sugárzást méri.

30 XRF készülékek vázlata

31 XFR korrigált spektrum

32 XRF analízisre alkalmas elemek

33 Kézi XFR mérőkészülék

34 Előzetes szennyeződés felmérése fúrólyukban (geoprobe)