Anyagvizsgálati módszerek

Átírás

1 Anyagvizsgálati módszerek tételsor 1. A TOC (total organic carbon) meghatározás, az egyes méréseknek mi az elve? 2. Mi a Soxhlet extraktor működési elve, mire használják? 3. Kőszenek kénmegoszlása és mi az egyes típusok meghatározásának elve? 4. Hogyan történik a földkéreg fő elemeinek (Si, AI,Fe, Ca, Na, K, Mg) kvantitatív mérése? 5. A termoanalitikai eljárások jellemző csoportjai, mi a differenciális termikus analízis lényege, a DTA-készülék felépítése? SZTRÓKAY.K. -GRASSELLY GY.-NE!v!ECZ E. -KISS J. (1970): Asvónytani praktikum, 11. Tankönyvkiadó, Budapest BURGER K. (2002): Az analitikai kémia alapjai. (hatodik változatlan kiadás). Alliter Kiadói és Oktatásfejlesztő Alapítvány, Budapest Mi a termomérleg működési elve, mire használják (mi látszik a derivatogramon), mi a derivatográf működési elve (felépítése)? SZTRÓKAY és mtársai 41-52; BURGER Ásványok vizsgálata poláros fényben (lineáris poláros fény előállítása, mi a totál reflexió, ásványtani mikroszkóp, ortoszkópos vizsgálatok) Pápay (1998): Kristályok, ásványok, kőzetek. Szeged JATEPress A röntgensugarak analitikai alkalmazása (folytonos röntgensugárzás előállítása, karakterisztikus sugárzás természete)? SZTRÓKAY és társai ; BURGER A röntgensugarak jelentősége a kristálytanban (Vezesse le a Bragg-egyenletet. Mi a röntgendiffrakciós analízis lényege?). KOCH-SZTRÓKAI Asvónytan !22. BURGER Mi a röntgenfluoreszcenciás analízis lényege, mire használják? BURGER Spektrokémiai alapfogalmak. Mi a hullámhossz és a rezgésszám kapcsolata, hullámszám, elektromágneses sugárzás energiája; transzmittancia, abszorpció, abszorbancia, színkép. Sorolja fel az egyes elekromágneses sugárzások milyen energiaátmenetet hoznak létre, így milyen spektrokémiai analitikai eljárásban használhatóak? BURGER Az JR-spektrometria: milyen tartományban mér; az IR abszorció feltétele, csoportfrekvenciák, vegyértékrezgés, deformációs rezgések, a hagyományos két sugaras készülék felépítése (izzók, Littrow-elrendezésű monokromátor, Golay cella)? BURGER HOLLY SOHÁR (1975): Absorption spectra in the infrared region. Akadémiai kiadó, Budapest UV és látható fényabszorpció (szingulet és tripiet állapot, belső és külső konverzió, a fluoreszcencia és foszforeszcencia közötti különbség) BURGER Oil show analizátor mérésének elve, mire használják? 15. Atomspektroszkópia (a módszer alapja; gerjesztések; emissziós és abszorpciós eljárások; módszerek) BURGER Tömegspektrometria (a módszer alapja, ionizációs módszerek, MS-analizátorok, a módszer analitikai alkalmazása) BURGER Kromatográfia Ca módszeralapja, a kromatográf felépítése, gázkromatográfia IGCI, nagyhatékonyságú folyadékkromatográfia /HPLC/). BURGER

2 1. A TOC (total organic carbon) meghatározás, az egyes méréseknek mi az elve? 2. Mi a Soxhlet extraktor működési elve, mire használják?

3 3. Kőszenek kénmegoszlása és mi az egyes típusok meghatározásának elve? 4. Hogyan történik a földkéreg fő elemeinek (Si, AI,Fe, Ca, Na, K, Mg) kvantitatív mérése?

4 5. A termoanalitikai eljárások jellemző csoportjai, mi a differenciális termikus analízis lényege, a DTA-készülék felépítése? A termoanalitikai eljárásokat két csoportba szokás sorolni. Az egyik a fizikai tulajdonságok, a hőmérséklet emelésére vagy csökkentésére bekövetkező változásainak mérésére szolgál, míg a másik a kémiai reakciók során termelt vagy leadott hő mérésén alapul. Az alapvető csoportosítás a közvetlen mérésen alapuló eljárások között: Termogravimetria (TG), dialotometria (TD), termomagnetometria (TM), vezetőképesség analízis (ETA), fűtött mikroszkópos vizsgálat, reflexiós spektrometria (RS), dinamikus reflexiós spektrometria (DRS), röntgenvizsgálat fűtött kamrában, gázvolumetria (GEA), gázmanometira, gázfejlődés-analízis (EGA), termoanalitikai tömegspektrometria, valamint a referencianyaggal szembeni mérésen alapuló módszerek: differenciált termoanalízis (DTA), differenciált scanning kalorimetria (DSC), dilatometria (TD). A DTA a termoanalitika egyik klasszikus módszere. Segítségével a fiziki változások (pl. kristályosodás, olvadás, fázisváltozás) és kémiai reakciók (pl. semlegesítés, redoxi folyamatok) során exoterm folyamatokban fejlődő, vagy endoterm folyamatokban elnyelődő hőből nyerünk kvalitatív és/vagy kvantitatív analitikai információkat. A DTA berendezés központja a programozható fűtésű kemence, amelyben két platina tégely helyezkedik el. Az egyikben a minta a másikban a referens anyag. A kemence hőmérsékletét egyenletesen emelve a vizsgálandó minta különböző termikus változásokat szenved. A minta és a referens anyag közötti hőmérsékletkülönbséget a két tégelybe nyúló és egymással szembe kapcsolt termoelem-pár méri. 1. ábra: DTA-berendezés kemencéjének vázlata; 1 mintatatrtó tégely, 2 referens anyag tégelye, 3 fém tégelytartó, 4 fűtőellenállások és hőszigetelő réteg, 5 termoelem berendezések (M: minta, K: kemence hőmérsékletének mérése, R: referens) A DTA-görbe a hőmérsékletkülönbség ábrázolása a referens, vagy a kemence hőmérsékletének függvényében. Optimális esetben ezek megyeznek, ha a folyamat exoterm, akkor a minta hőmérséklete magasabb lesz, endoterm esetben alacsonyabb lesz a referens anyagénál.

5 6. Mi a termomérleg működési elve, mire használják (mi látszik a derivatogramon), mi a derivatográf működési elve (felépítése)? A vegyületeknek a hőmérséklet-emelés hatására végbemenő tömegváltozását a termogravimetria segítségével követhetjük, aminek eszköze e termomérleg, ami egy programozhatóan fűthető kemencéből és egy analitikai mérlegből áll. A csapadék tömegét a hozzá tartozó hőmérséklet függvényében ábrázolva kapjuk a csapadék termogravimetriás (TG) görbéjét. A görbéből a kiindulási anyag összetételének ismeretében, kiszámítható a bomlástermékek összetétele. 2. ábra: A termomérleg vázlata, 1 galvanométer, 2 permanens mágnes, 3 tekercs A termikus bomlás során jelentkező tömegcsökkenséből (a TG-görbéből) kiszámítható az egyes folyamatok sztöchiometriája és optimális esetben a bomlástermékek összetételei is. A derivatív termogravimetriás (DTG) görbe, a fenti idealizált eset hiánya szükségelteti, ugyanis nem minden bomlás lépcsőzetes, az egymást követő folyamatok egymást átfedve mutatkozhatnak. A probléma kiküszöbölésére a normál TG-görbe deriváltját vesszük, így az egyes folyamatok könnyedén szétválaszthatók lesznek. A deriválást ma számítógépek végzik, de a termomérleg ötletes átalakításával is megkaphatjuk a kívánt görbéket. A termomérleg kemencén kívüli karján egy nagymenetszámú tekercs a kilengések közepette a mágnesek sarkai között kezd mozogni. A minta tömegváltozásának eredményeképpen a mérleg karja és a tekercse elmozdul, benne e mozgás sebességétől függő erősségű áram indukálódik, amit a galvanométer 3. ábra: A Paulik F. - Paulik J. - Erdély L.-féle derivatográf vázlata, 1 - mintatatrtó tégely, 2 - referens tégely, 3 - porceláncső, 4 - termoelem és vezetéke, 5 - kemence, 6 - torziómentes elektromos csatlakozás, 7 - mérleg, 8 - nagy menetszámú tekercs, 9 - permanens mágnes, galvanométerek, 13 - galvanométert megvilágító lámpák, 14 - elmozdulást jelző rés, 15 - fotopapírt tartó forgódob, 16 - fotópapír jelez. A galvanométer-kitérést a kemence illetve a minta hőmérsékletének függvényében ábrázolva kapjuk a DTG-görbét.

6 7. Ásványok vizsgálata poláros fényben (lineáris poláros fény előállítása, mi a totál reflexió, ásványtani mikroszkóp, ortoszkópos vizsgálatok)

7 8. A röntgensugarak analitikai alkalmazása (folytonos röntgensugárzás előállítása, karakterisztikus sugárzás természete)? A röntgen sugarak is felhasználhatók analitikai vizsgálatokhoz, hasonlóan más elektromágneses sugárzások eljárásaihoz. Több módszer is alkalmazott napjainkban is. Röntgensugár-abszorpciója során a minta valamelyik belső elektronhájából elektront lök ki, tehát ionokat hoz létre. Az ionizáló röntgensugarak energiája az elektronkötési energia legyőzésére (elektron emittálásra) és a kilökött elektron kinetikus energiájának növelésére fordítódik. Nagyon kis része szolgál csak az atommag gerjesztésére. A röntgensugár abszorpciós sávok minimális energiája egyenlő a megfelelő belső elektronhéj elektronjának kilökéséhez szükséges minimális energiával. A sáv intenzitása egyenlő az abszorpció valószínűségével. A röntgenfluoreszcenciás analízis során tulajdonképpen a röntgenabszorpció másodlagos folyamatai kerülnek számításba. Az elektronemisszió miatt ugyanis a belső héjakon lyukak keletkeznek, ami menten be akar venni egy elektron és ezt bizony több -féle módon megteheti. Első esetben röntgensugár-emisszióval (röntgenfluoreszcencia), második esetben az ún. Augerfolyamattal (sugárzásmentes-elektronkilökéssel) relaxálódhat az ion. A könnyebb elemeknél ez utóbbi dominál. A röntgenfluoreszcenciás analízisnél, mind az ionizáló (primer), mind az emittált (szekunder) sugárzás röntgen. A módszer alkalmas a nehéz elemek kvalitatív és kvantitatív meghatározására. Itt a primer sugárzásnak nem kell áthaladnia a mintán, az akár teljesen is elnyelődhet. Az analízis információforrása a fluoreszcencia során emittált röntgensugárzás energiája. Az eljárás használható minden fázisra. A röntgendiffrakciós analízisek során a kristályos szerkezetekre érkező röntgensugarak elhajlanak és interferencia jelenséget produkálnak. Ez akkor fordulhat elő, ha a kristályok rácsállandói és az alkalmazott röntgensugárzás hullámhossz-léptéke egyenlő. Az interferenciakép adatokat szolgáltat a kristály szerkezetére és minőségére vonatkozóan. A diffrakció során intenzív sugárnyalábot akkor kapunk, ha az egyes hálózati síkokról visszavert sugarak erősítik egymást. (Ez csak akkor fordul elő, ha a sugarak úthosszának különbsége az alkalmazott röntgensugárzás hullámhosszának egész számú többszöröse.) A karakterisztikus röntgensugárzás. A primer sugárzás egy másik alkotóeleme az antikatód anyagára jellemző, diszkrét hullámhosszokat tartalmazó karakterisztikus sugárzás. A karakterisztikus röntgensugárzás keletkezését a Bohr-féle atommodell alapján magyarázhatjuk. Eszerint az atommag körül meghatározott sugarú és energiájú pályákon keringenek az elektronok. Ezeket a pályákat a legbelsőktől kezdve rendre K, L, M, N, O, P héjnak nevezzük. Egy-egy héjon csak meghatározott számú elektron lehet. A nehezebb atomokban az alapállapotban a belső héjak elektronokkal betöltött zárt héjak. Ha az antikatódot bombázó elektron az antikatód egy atomjának valamely belső héjáról kilök egy elektront az atomon kívülre vagy egy külső, nem zárt héjra, akkor az így felszabadult üres helyre, lyukba, átmegy egy elektron valamelyik távolabbi héjról. Ennek az átugró elektronnak kezdeti és végállapota közti energiakülönbséget az atom kisugározza hu energiájú röntgenfoton alakjában. Ez a folyamat s alatt következik be. Egy atom által kibocsátható sugarak sorozatokba rendezhetők. A K-sorozat vonalait akkor kapjuk, amikor a gerjesztés során a K-héjon keletkező lyukba ugrik egy elektron az L, M, N, héjról. Hasonlóan keletkezik az L, M, N sorozat is. Itt az L, M, N héjon lévő lyukba ugrik egy felsőbb héjról származó elektron. A Bohr-modell alapján csak a hidrogén, illetve a hidrogénszerű atomok 4. ábra: spektruma magyarázható meg. A kvantumelmélet ad a többi atomra is elfogadható magyarázatot. Eszerint az elektronállapotokat kvantumszámokkal jellemezhetjük. Ezek a fő-(n), mellék-(m) és spinkvantumszámok (s), valamint

8 a belső (j) kvantumszám, amely a mellék- és a spinkvantumszám összege. A Pauli-elv szerint nem lehet két vagy több elektron egy atomon belül, amelyeknek minden kvantumszám azonos. Az előbbiekben említett K, L, M, héjakhoz rendre az n = 1, 2, 3, főkvantumszám tartozik. Egy adott n főkvantumszámú héj az l és a j lehetséges értékeinek megfelelően alhéjakra hasad fel. Ennek következtében a K, L, M, sorozat vonalai többszörös vonalak, finomszerkezetük van. A röntgenspektrometriai gyakorlatban a készülék nem kielégítő felbontóképessége miatt a közeleső energiájú karakterisztikus röntgensugarak, főleg alacsony rendszámú atomoknál, nem választhatók szét de nagy rendszámoknál igen. Az analízis szempontjából fontos, hogy egy-egy sorozaton belül Dn növekvő értékei szerint a vonalakat a, b, g stb. szimbólumokkal jelölt csoportba oszthatjuk, bár b és g esetén Dn lehet egy és kettő is. A leggyakrabban használt karakterisztikus vonalaknak megfelelően átmeneteket az 6. ábra szemlélteti. A karakterisztikus röntgenfotonok energiáját és hullámhosszát Henry Moseley vizsgálta ban. Megállapította, hogy a sugárzást kibocsátó elem Z rendszámának növelésével a sorozatok vonalai szabályosan eltolódnak a kisebb hullámhosszak irányába, amit a 5. ábra mutat. 5. ábra:

9 9. A röntgensugarak jelentősége a kristálytanban (Vezesse le a Braggegyenletet. Mi a röntgendiffrakciós analízis lényege?). A röntgendiffrakciós analízisek során a kristályos szerkezetekre érkező röntgensugarak elhajlanak és interferencia jelenséget produkálnak. Ez akkor fordulhat elő, ha a kristályok rácsállandói és az alkalmazott röntgensugárzás hullámhossz-léptéke egyenlő. Az interferenciakép adatokat szolgáltat a kristály szerkezetére és minőségére vonatkozóan. A diffrakció során intenzív sugárnyalábot akkor kapunk, ha az egyes hálózati síkokról visszavert sugarak erősítik egymást. (Ez csak akkor fordul elő, ha a sugarak úthosszának különbsége az alkalmazott röntgensugárzás hullámhosszának egész számú többszöröse.) 6. ábra: Röntgensugarak visszaverődése a kristály hálózati síkjáról 2BC = 2d sin ϑ = nλ Ahol ϑ a röntgensugarak hálózati síkkal bezárt szöge, BC a sugár útkülönbsége, d két hálózati sík távolsága. Interferencia csak akkor lép fel, ha λ <= 2d. A röntgendiffrakciós vizsgálat a vegyületek kristályformáinak azonosítására szolgálnak. Az egyszerű kvalitatív analízis a vizsgálandó minta röntgenfelvételének alapján történik, az ismert standardanyagok azonos módon készült röntgendiffrakciós képeivel összevetve. A minták azonosítása, összetett minták esetén a főkomponensek kimutatása azok néhány jellemző, nagy intenzitású vonala és az azok közötti távolságok alapján is végrehajtható, a kísérletileg meghatározott adatoknak a kristályos anyagok adatbankokban hozzáférhető ismert adataival történő összehasonlítása útján. Az azonos módon felvett diffrakciós vonalak intenzitása arányos az adott komponens koncentrációjával. A vizsgálat legfontosabb gyakorlati alkalmazása új vegyületek szerkezetének, sztereokémiájának meghatározása.

10 10. Mi a röntgenfluoreszcenciás analízis lényege, mire használják? A röntgenfluoreszcenciás analízis során tulajdonképpen a röntgenabszorpció másodlagos folyamatai kerülnek számításba. Az elektronemisszió miatt ugyanis a belső héjakon lyukak keletkeznek, ami menten be akar venni egy elektron és ezt bizony több -féle módon megteheti. Első esetben röntgensugár-emisszióval (röntgenfluoreszcencia), második esetben az ún. Augerfolyamattal (sugárzásmentes-elektronkilökéssel) relaxálódhat az ion. A röntgensugárzás nagy sebességű elektronok vagy más töltött részecskéknek a lefékeződése az anyagban, illetve az atomok belső elektronhéjai közötti eredményeképpen keletkező elektromágneses sugárzás. Energiatartománya néhány tized kev-től több száz MeV-ig terjed. Anyagszerkezet vizsgálatnál a 100 kev-nél kisebb energiájú fékezési sugárzást használják. Régebben a röntgensugárzás előállítására csak röntgencsöveket használták. A röntgencső antikatódját elektronokkal bombázva olyan primer sugárzás indul ki az antikatódból, amely két részből áll. Az egyik a hullámhosszok folytonos sorozatát tartalmazza, ezt fékezési sugárzásnak nevezzük (a nagy sebességű elektronokaz antikatód anyagában lassulnak). A folyamatban az elektron kölcsönhatásba lép a közeg atommagjainak elektromos terével, és energiáját több lépésben leadja. A sok fékeződő elektron együttesen adja a folytonos röntgenspektrumot, amelynek éles határa van. Ez a minimális hullámhosszú sugárzás akkor keletkezik, ha az elektron egy lépésben adja energiáját. Az elektron kinetikus energiája ekkor megegyezik az emittált foton energiájával. Ekin = humax Ahol h = 6, Js a Planck-állandó, umax pedig a minimális hullámhosszú sugárzás frekvenciája. Ebből látható, hogy a rövidhullámú határ értéke a bombázó elektronok energiájától. A könnyebb elemeknél ez utóbbi dominál. A röntgenfluoreszcenciás analízisnél, mind az ionizáló (primer), mind az emittált (szekunder) sugárzás röntgen. A módszer alkalmas a nehéz elemek kvalitatív és kvantitatív meghatározására. Itt a primer sugárzásnak nem kell áthaladnia a mintán, az akár teljesen is elnyelődhet. Az analízis információforrása a fluoreszcencia során emittált röntgensugárzás energiája. Az eljárás használható minden fázisra. A minta elemi összetételének megállapítása a fluoreszcencia során emittált sugárzás spektrumvonalai energiájának (hullámhosszának) az egyes elemekre jellemző vonalakkal való összevetésével történik. Az egyes komponensek koncentrációjának meghatározása a spektrumvonalak intenzitása alapján a szokásos kalibráló módszerek valamelyikével hajthatók végre. A mátrix-hatás kiküszöbölésére a belsőstandard-kalibrációt célszerű használni.

11 11. Spektrokémiai alapfogalmak. Mi a hullámhossz és a rezgésszám kapcsolata, hullámszám, elektromágneses sugárzás energiája; transzmittancia, abszorpció, abszorbancia, színkép. Sorolja fel az egyes elekromágneses sugárzások milyen energia-átmenetet hoznak létre, így milyen spektrokémiai analitikai eljárásban használhatóak? Az anyag és az elektromágneses sugárzás közötti kölcsönhatást tükröző jelenségek (fényabszorpció, -emisszió és -reflexió) kvalitatív és kvantitatív analitikai feladatok megoldására egyaránt szolgálhatnak. A fény olyan elektromágneses rezgés, amelynek elektromos és mágneses vektora egymásra és a fény haladásának irányára is merőlegesen rezeg.. Ha az elektromos és mágneses vektor a fény haladására merőleges sík bármelyik helyzetét egyforma valószínűséggel foglalja el, polarizálatlan sugárzásról beszélünk. Alkalmas módszerekkel polarizálatlan fényből polarizált fényt hozhatunk létre. Erre jellemző, hogy az elektromos vektora a fény haladási irányára merőleges síknak csak egyetlen irányában rezeg. A hullámhossz (λ) és a rezgésszám (v) közötti kapcsolat: λv = c A fény energiájának meghatározása a fény részecsketermészete alapján történhet, e fotonok energiáját a Planck-féle összefüggés adja meg, ahol h a Planck-állandó: E = hv = h(c/λ) A fotonok energiája a fény frekvenciájának és ezzel hullámszámának növekedésével, illetve a hullámhosszának csökkenésével nő. Ezért kisebb energiájú a vörös fény a kéknél. Ha a molekula vagy atom elektromágneses sugárzást nyel el (abszorbeál), energiája nő. A molekula, vagy atom gerjesztett állapotba jut. Fordított esetben (emittáláskor) az energiatartalom csökken. A molekula vagy atom legalacsonyabb energiaállapotát nevezzük alapállapotnak. Az elnyelt sugárzás az anyagi minőségtől valamint az elnyelő részecskék mennyiségétől függ, így mind minőségi, mind pedig mennyiségi analitikai információval szolgálhat. Analitikai vizsgálatoknál a fényt komponenseire kell felbontani. Az elektromágneses sugárzás hullámhossz szerinti felbontása monokromatikus fényhez vezet. Ismert intenzitású fényt a vizsgálandó mintán átengedve annak egy része elnyelődik (abszorbeál), másik része a mintán áthalad (transzmisszió), esetleg egy része visszaverődik (reflexió). E három féle fényfajta intenzitásának összege egyenlő a besugárzó fény intenzitásával. I o = I T +I A +I R A kísérletet rendszerint úgy állíthatjuk be, hogy a három fény közül csak kettő jelentkezzen. Abszorpciós módszerrel olyan anyagokat vizsgálunk, aminek a fényvisszaverése elhanyagolható, reflexiós módban a fényt át nem eresztő anyagok vizsgálhatók. Olyan minták esetében, amelyek a fényt visszaverik, a beeső és a visszavert fénysugár intenzitásából nyerjük a gerjesztéshez szükséges fénymennyiséget. Transzmittancia T =I T /I o Abszorpció A T = I A /I o = (I o -I T )/I o = 1-T Abszorbancia A = lg(i o /I T ) = lg(1/t) Reflektancia R = I R /I o Az egyes anyagok energiaállapotai jól definiáltak. Ezért csak olyan energiájú fényt nyelnek el, amely két ilyen jól definiált energiaállapot közötti átmenet tesz lehetővé. Ez azt jelenti, hogy az anyagok vizsgálatánál használt monokromatikus fényt a mérés során folyamatosan változtatjuk mindaddig, amíg a gerjesztéshez szükséges energiájú fény áll elő. Az analitikai információt hordozó színkép felvételénél a mintán áteresztett sugárzás intenzitását vagy az ezekből számolt abszorbeált fény intenzitását ábrázoljuk a gerjesztő sugárzás energiájának függvényében. Így nyerjük a megfelelő színképet. Az anyag által elnyelt sugárzás energiája, vagyis a spektrum abszorpciós maximumának

12 megfelelő hullámhosszak vagy hullámszámok jellemzőek az anyagi minőségre, míg az elnyelés következtében jelentkező intenzitásváltozás a mennyiségre. A vizsgálatokhoz használt elektromágneses sugárzás energiája fogja meghatározni, hogy az anyagban milyen energiaátmeneteket hozunk létre. Így a használatos színképtartományban legnagyobb energiával rendelkező gamma-sugarakkal a magátmenetek (atommagok) gerjeszthetők. A röntgensugarak a belső elektronokat gerjesztik. Az ultraibolya és a látható tartomány ibolya közeli részeivel a külső elektronhéjak valamint molekulás esetében az ezekre szuperponált rezgési és forgási átmenetek gerjeszthetők. Közeli és távoli infravörös fénnyel is a rezgési és forgási átmenetek gerjeszthetők. Mikrohullámú sugárzással csak a forgási átmenetek illetve az elektronspin-átmenetek, rádiohullámokkal a magspin-átmenetek gerjesztődnek. Sugárzás Gerjesztés Felhasználás Gamma (0,5 10 pm) Atommagok Gamma-fluoreszcencia Röntgen (0,01 10 nm) Belső elektron Röntgenemissziós, -adsz stb. UV ( nm) és Látható ( nm) IR (1 30 µm) és ( µm) Mikrohullámok (0,3 1 mm) Külső elektronhéjak és rezgési, forgási átmeneteket Rezgési, forgási átmeneteket Forgási átmeneteket és Elektron-spin átmeneteket Elektrongerjesztési spektrometria Infravörös-spektrometria Elektron-spinrezonanciaspektroszkópia Rádióhullámok (1 300 m) Magspinátmenetek Magrezonancia-spektroszkópia Ez a felsorolás a spektrokémiaiai analitikai eljárások csoportba osztását is megadja. A gammasugarakkal történő gerjesztés a gamma-fluoreszcencia, illetve a Mösbauer-spektroszkópia használja. A röntgensugaras gerjesztés a röntgenemissziós, -abszorpciós és -fluoreszcens módszerek és az elektronmikroszondás vizsgálatok alapjául szolgál. Az ultraibolya és a látható tartományba tartozó sugárzással járó módszereket az elektrongerjesztési spektrometria témakörébe soroljuk., ezt követi az infravörös-spektrometria, majd az elektron-spinrezonancia-spektroszkópia, végül a mágneses magrezonancia-spektroszkópia.

13 12. Az IR-spektrometria: milyen tartományban mér; az IR abszorció feltétele, csoportfrekvenciák, vegyértékrezgés, deformációs rezgések, a hagyományos két sugaras készülék felépítése (izzók, Littrowelrendezésű monokromátor, Golay cella)? Az elektromágneses spektrum infravörös tartománya a látható spektrumtartomány végétől a mikrohullámú tartományig cm -1 -től 20 cm -1 -ig terjed. Az analitikai kémia számára ebből a 200 cm -1 és 4000 cm -1 (azaz 50 és 2,5 µm) közötti tartomány a legfontosabb. Az infravörös sugárzás abszorpciójának két fő feltétele van: 1. A sugárzás energiája meg kell hogy feleljen a molekula megfelelő alap- és gerjesztett állapota közötti energiakülönbségnek. Ez esetben a gerjesztő sugárzást a molekula abszorbeálja és így annak természetes rezgése megnő. 2. A rezgés a molekula elektromos dipólusmomentumát meg kell hogy változtassa. Ez a korlát különbözteti meg az infravörös-spektroszkópiát a Ramman-spektroszkópiától. Mindazok a rezgések viszont, amelyek a molekula polarizálhatóságának változásával járnak, rammanaktívak. A molekulák rezgéseinek energiáját első közelítésben a harmonikus oszcillátormodell írja le. Példának válasszunk egy AB bipólus jellegű kétatomos molekulát, amelyben a két atommag közötti távolság a vegyértékrezgésnek megfelelően periodikusan változik. A két atommag meghatározott rezgésszámmal oszcillál, közeledik egymáshoz és távolodik egymástól. E mozgás jó közelítéssel harmonikus oszcillációnak tekinthető. E modell szerint AB molekula rezgésének energiája (E) az alábbi egyenlet írja le: ahol n a rezgési kavntumszám, lehetséges értékei: 0, 1, 2, 3,..., k, a µ a molekula redukált tömege. Μ = (m A m B /m A +m B ), ahol m A és m B az A és B atomok tömege. Tekintettel arra, hogy nincs olyan kétatomos molekula, amelyben az m A, m B tömegek és a k erőállandó, illetve a k/µ érték azonos lenne, még a legegyszerűbb kétatomos molekuláknak is különböző, jellemző rezgési frekvenciája lesz. A rezgési frekvenciák tehát a molekulák, illetőleg atomcsoportok azonosítására nagyon jól alkalmazható. Többatomos molekulák rezgése kicsit bonyolultabb, mert a szomszédos atomok minden értéket megváltoztathatnak és többféle rezgés is előállhat a molekulán belül. E bonyolult rezgések azonban visszavezethetők határozott számú rezgésre és ezt nevezik normálrezgéseknek. Kétféle rezgés különíthető el: a vegyérték rezgés, ami a molekula kötési irányába történő elmozdulás, így az atomokat összekötő kötések méretváltozását okozza. Legalább háromatomos molekuláknak kétféle vegyértékrezgése lehet, szimmetrikus és aszimmetrikus. Előfordul továbbá a deformációs rezgés is, ami a molekula kötésszögeinek a megváltozását eredményezi. Léteznek síkban deformációs rezgések (ollózás, kaszálás), vannak síkra merőleges deformációs rezgések (bólogatás), és vannak megkülönböztetett síkkal nem rendelkező deformációs rezgések, mint a torziós rezgés. Az infravörös spektrum tehát a vizsgált vegyületek különböző kötéseire, atomcsoportjaira jellemző abszorpciós sávokat tartalmaz. Két vagy több kötés rezgésének kapcsolódása is eredményezhet jellemző spektrumképet. Ez általában több sávból áll. (Sávpárok) Az ilyan jellemző sávok frekvenciáit csoportfrekvenciának is nevezik. Nagy részük a 4000 és 1300 cm -1 közötti középső infravörös tartományban jelenik meg. Az infravörös sávokban talán leggazdagabb a 650 és 1300 cm -1 közötti tartomány. Itt jelennek meg az egyes kötések vegyértékrezgései, számos deformációs rezgés, poliatomos vegyületek vázrezgései stb. Ezt a spektrumtartományt ujjlenyomat-tartománynak nevezik.

14 7. ábra: Prizmás monokromátor elve.f fényforrás, S rések, M1 kollimátor tükör, P prizma, M2 Littrow-tükör,M3, M4 síktükrök, M5 detektor-fókuszáló tükör, D - detektor Az infravörös sugárzás detektálására korábban az alábbi termikus érzékelőket használták: vákuum-termoelemek, bolométerek és pneumatikus érzékelők. Érdekesség kedvéért bemutatjuk a Golay-féle pneumatikus detektort: 8. ábra: Golay-féle univerzális detektor

15 13. UV és látható fényabszorpció (szingulet és tripiet állapot, belső és külső konverzió, a fluoreszcencia és foszforeszcencia közötti különbség) Az egyszerű molekulák ultraibolya-látható fényabszorpciója során lejátszódó folyamatokat a formaldehid példáján mutatjuk be. A gerjesztés hatására a betöltött elektronpályákról a betöltetlen, szabad pályákra ugorhat át elektron. Esetünkben a legkisebb gerjesztési energiát az oxigén nemkötő pályájáról a lazító π*-pályára való átmenet jelenti. Ez a folyamatban résztvevő pályákon lévő elektronok spinkvantumszámától függően, kétféle módon mehet végbe. Ha az alap és a gerjesztett állapotban lévő elektronok ellentétes spinnel helyezkednek el, szingulet, ha azonos spinnel, triplet állapotról beszélünk. Az UV és látható fénnyel történő besugárzás hatására egyidejűleg gerjesztődnek a megfelelő elektronpályák és a molekula rezgési és forgási állapotai. Egy molekula nem maradhat hosszú ideig gerjesztett állapotba, a felvett energiát át kell adnia, hogy ismét alapállapotba jusson. Tételezzük fel, hogy a gerjesztés során az elektron egy gerjesztett állapotba jut. Az így megszerzett molekula energialeadása többféle úton történhet. Első lépésként a gerjedt molekula ütközés útján hő formájában adja le a feles energiáit a szomszédos molekuláknak, így sugárzás nélkül visszajut az alapállapotba. Innen belső konverzióval, aminek során az átmenet nem jár spinkvantumszám-változással, eljuthat a legalacsonyabb energiaszintre. A relaxáció másik módja, ha a molekula sugárzás útján szabadul meg a gerjesztés energiatöbbletétől, a folyamat fényemisszióval jár és fluoreszcenciának hívjuk. A harmadik lehetőség, hogy a molekula külső konverzióval, azaz az elektronátmenet spinkavntumszámváltozással járó átmenetével tér nyugovóra. Az abszorbeált elektromágneses sugárzás hatására magasabb energiaállapotba került rendszer sugárzásmentes vagy sugárzással járó átmenet útján juthat vissza A az alapállapotba. A sugárzással járó átmenet lehet fluoreszcencia és foszforeszcencia. Előbbiről akkor beszélünk, ha a fényemisszióval járó relaxáció nem jár spinkvantumszám-változással, foszforeszcencia esetében az emisszió spinkvantumszám-változással jár. 14. Oil show analizátor mérésének elve, mire használják?

16 15. Atomspektroszkópia (a módszer alapja; gerjesztések; emissziós és abszorpciós eljárások; módszerek) A legtöbb anyag megfelelő magas hőmérsékleten elpárolog, majd gázfázisban atomjaira szakad szét. Az oldatos vagy szilárd fázisú rendszerek színképeivel ellentétben, az atomokat tartalmazó gázok színképei igen éles vonalakból állnak. Minden elemnek, tekintettel különböző elektronszerkezetükre, jellemző atomspektruma van. Mivel az egyes vonalak rendkívül élesek, a különböző elemek jellemző vonalai a színképen nincsenek vagy csak kevéssé vannak átfedésben. Az atomspektroszkópia alapját az atomizálás képezi, aminek során a vizsgált elemet atomjaira bontunk magas hőmérsékletű lánggal. A folyamat során az atomok gerjesztett állapotba kerülnek és az emittált fény fogja szolgáltatni az analitikai információt. Ezen alapul az emissziós színképelemzés. Más esetekben a minta gázzá alakítása és atomizálása nem jár az atomok gerjesztésével, hanem az alapállapotú atomok meghatározott fényforrással történő besugárzása során fellépő abszorpciója lesz az analitikai mérések alapja. Ez az atomabszorpciós eljárás. Mindkét módszer nagyon hatékony, viszonylag egyszerű laborberendezésekkel gyors és pontos mérések végezhetők vele. Az összes fémes és nemfémes elemek közül jó pár mérhető, sőt közvetlenül vizsgálgatók szilárd minták is. A módszer több változata ismert, aszerint, hogy az atomizálást hogyan végezzük: 1. Lánggal történő atomizálás során a folyékony mintát porlasztással (ködként) juttatjuk be a lángba. A magas hőmérséklet miatt a ködből füst lesz, ahol a molekulák atomjaikra disszociálnak és a hőmérséklettől függően gerjesztődnek sőt ionizálhatódnak. Az atomizáló láng hőmérséklete és oxidáló vagy redukáló volta az éghető anyag és az égést tápláló anyag megfelelő megváltozásával és arányuk változtatásával szabályozható. A módszer az alkalmazott láng hőmérsékletétől és a mérendő elem tulajdonságaitól függően emissziós és abszorpciós mérések alapjául szolgálhat. Előbbi esetben lángfotometriáról, utóbbi esetben atomabszorpciós spektrometriáról beszélünk. 2. Grafitkályhás atomizátor nagyobb érzékenységű. A teljes vizsgálandó anyagmennyiség egyszerre kerül a fényútba. Itt az elektromosan fűtött kályhában játszódnak le azok a folyamatok, ami az előző módszeren a lángban. 3. Induktív csatolású plazma (ICP), jelentősebb hőmérséklet elérésére használatos. A módszer emissziós spektroszkópiai elemzésekhez jó. A plazmaégő láng közeli részét rádiófrekvenciás tekercs veszi körül. Az égőbe Ar-gázt vezetünk, amely az égő begyújtásakor ionizálódik és a rádiófrekvenciás tér, amelyet a nagyfrekvenciás tekercs hoz létre, az argonionoknak a sebességét erősen megnöveli. Az ezáltal okozott ütközések növelik meg a láng hőmérsékletét akár K-re. A minta porlasztással kerül a térbe. A szilárd minták atomspektroszkópiai vizsgálatánál a minta gázállapotú atomokká történő átalakítása elektromos ívvel vagy elektromos szikrával történhet. Ennek megfelelően beszélünk ívgerjesztésű és szikragerjesztésű emissziós színképelemzésről. Az emissziós atomspektroszkópiai módszereknél a mérendő komponens az atomizációs lángban nemcsak atomizálódik, hanem a keletkező atomok gerjesztődnek is és így maga a vizsgálandó minta szolgál analitikai fényforrásként. Az általa kibocsátott sugárzás megfelelő monokromátoron át jut az elemző berendezésbe, annak jele pedig a rekorderbe. Emissziós spektrográfiánál az előállított sugárzást polikromátor típusú fényfelbontó berendezéssel fotográfiai lemezre rögzítjük. Az így kapott színképvonalak a készülék optikai résének reális képei. Egy-egy lemeze több színképet is felvehetünk, ami az összehasonlításokat megkönnyíti. A színképatlasz segítségével összehasonlítással azonosítjuk a vas színképvonalai mellett megjelenő egyéb vonalakat, mindet valamelyik elemhez rendelve. A vonal helye tehát az elem kimutatására szolgál. A színképvonalak feketedéséből számoljuk a koncentrációadatokat, a

17 feketedést mikrofotométerrel mérjük. Az atomabszorpciós eljárásnál külön műszer van az atomizálásra és külön műszer a fényútban lévő anyag gerjesztésére. Az atomabszorpciós méréseknél az analitikai fényforrás fényének monokromatizálására a szokásos rácsos vagy prizmás monokromátorok nem felelnek meg. Az ezek által létrehozott sugarak ugyanis nagyobbak az abszorbeáló rendszer keskeny atomvonalainak szélességénél. Így a módszerhez szükséges Beer-Lambert törvény nem tud érvényesülni és a fényabszorpció nagyságából koncentrációt nem tudunk mérni. A megoldás a vájtkatódlámpák fényforrásként történő bevezetését tette szükségessé. A vájtkatódlámpa olyan kisülési cső, amelynek a katódja a meghatározandó elemből készült vagy azzal van bevonva. E hengeres alakú katódnak a külső része elektromosan szigetelt. A közelében elhelyezkedő anód volfrámból készült. A két elektród neon vagy argongázzal töltött búrában helyezkednek el. A katódüreggel szemben van a lámpa kinéző ablaka. A katód és az anód közé kapcsolt V feszültség hatására kisülés jön létre. Az így keletkező elektronok az elektromos erőtérben felgyorsulnak és a lámpa töltőgázát ionizálják. A nagy sebességgel mozgó nemesgázionok a katód felületére becsapódva onnan fématomokat löknek ki. Mintegy porlasztják a katódot. Az így keletkező szabad atomok, melyek nem lépnek ki a katódtérből, gerjesztődnek és az elemre jellemző vonalas spektrumot bocsátanak ki (emittálnak). Ez a fényforrás pontosan azt a hullámhosszúságú fényt emittálja, amelyet a mérendő atom elnyel. Így a fényforrás vonalának szélessége majdnem egy nagyságrenddel kisebb, mint az abszorpciós vonal szélessége. A vájtkatódlámpák előnye az abszolút specifikusság, a kis vonalszélesség, a nagy intenzitás. Hátrányuk viszont hogy minden elem mérésére külön vájtkatódlámpára van szükség. Kombinált vájtkatódlámpáknál egyszerre több elem (általában három) mérésére alkalmas egység is van, ám ezek elég drágák. A mérések értékelése hitelesítő eljárásokkal történik. A módszer a fémek nagy részének és egyes nemfémes elemek meghatározására alkalmas. Annak érdekében hogy a háttér sugárzás (analitikai sugárzás) és a lángsugárzást szétválasszuk a gerjesztő fénysugár és a detektor közé egy forgó alkatrészt tesznek (ventilátor), amivel később az eredményekről eltávolítható a zaj.

18 16. Tömegspektrometria (a módszer alapja, ionizációs módszerek, MS-analizátorok, a módszer analitikai alkalmazása) A tömegspektrometria egyaránt szolgál szerves és szervetlen anyagok minőségi és mennyiségi elemzésére. Egyike a legáltalánosabban használható és a legjobb kimutatási képességekkel bíró (optimális körülmények között g anyag meghatározására is alkalmas) analitikai eljárásoknak, ugyanakkor specifikus is. Alkalmazásának korlátja, hogy csak gázhalmazállapotú, vagy a mérőberendezésben azzá alakítható vegyületek mérésére alkalmas. A tömegspektrométer tömegük alapján szétválasztja a gázállapotú, ionizált molekulákat és töredékeiket (fragmenseiket). Bár semmiféle kapcsolata nincs az optikai spektroszkópiai módszerekkel, a műszert mégis tömegspektrográfnak nevezik az általa előállított tömegspektrumok optikai spektrumhoz hasonló kinézete miatt. A mérés az alábbi részfeladatokból államvizsga: 1. a minta gázállapotba hozása, 2. a minta ionizációja és fragmentálása, 3. a keletkezett ionok felgyorsítása elektromos tér segítségével, 4. az elektromos térben a töltésegységre jutó tömegük szerint elválasztott ionnyalábok regisztrálása, azaz az így szétválasztott különböző tömegű fragmensionok mennyiségének meghatározása. A fenti folyamat vákuumban kell lejátszódjon. A nem gázhalmazállapotú minták gázállapotba hozatala hevítéssel, vagy egyéb részecskékkel történő bombázásával ionizálják, ez utóbbi pedig lehet kémiai reakció is. 9. ábra: A tömegspektrométer vázlata (mágneses tömeganalizátorral) 1 - mintatartó bejárat, 2 - ionforrás, 3 - gyorsítórések, 4 - ionok útja, 5 - mágneses analizátor, 6 - detektor, 7 - vezérlőberendezés, 8 - kijelző A vizsgált molekulák ionizációjuk során, fragmensekre is szakíthatjuk. Az első ion akkor jelenik meg, amikor a molekulka a bombázás hatására egy elektront emittál. Ha az ionizációs sugárzás energiáját növeljük a molekulaion egyes kötései felszakadnak és így az eredeti molekulánál kisebb tömegű ionok képződnek. Ez a fragmentáció jellemző az adott molekulára. A fragmentáció standardizált körülmények között a molekulára jellemző módon megy végbe. A tömegspektrum az egyes fragmensek gyakoriságát is tükrözi, így kvantitatív analitikai információforrás is. Az egyes ionizációs módszerekről röviden: 1. Elektronimpakt ionizáció során egy volfrám izzószál biztosítja az elektronsugárzást. Az izzószál és a vele szemben lévő anód közötti elektromos erőtérben a mintába ütköző elektronok ionizálnak és fragmentálódnak.

19 2. Kémiai ionizáció egyszerűsítő eljárás. A nagy molekulatömegű anyagok a sok komponensű minták analízisére szolgál. A mérendő mintát egy reagens gázzal kb. 10ezer szeresére hígítják. Az elektronok ütközései e reagens gázt ionizálják. A primer ionok később a vizsgálandó molekulákkal is kölcsönhatnak és szekunder ionok keletkeznek. 3. Termikus ionizáció. Magas forráspontú és kis gőznyomású szilárd szervetlen minta MSvizsgálatát azok gázállapotba hozatalának korlátai akadályozzák. Ezért ilyen mintával izzószálként működő vékony volfrámszalagot vonnak be, amelyet kb o C hőmérsékletre hevítenek. A hő hatására a minta nemcsak elpárolog, hanem ionizálódik és fragmentálódik. 4. Elektromos tér okozta ionizáció. 5. Ionütközés okozta ionizáció. Szilárd minták felületvizsgálatára alkalmas módszer. Azonos energiájú nemesgázionok szilárd mintával ütköztetve annak felületéről szekunder ionokat löknek ki, melyek az MS-berendezésbe vezetve analizálhatók. A szekunder ionok lehetnek monoatomosak, de lehetnek molekulaionok fragmensei is. 6. Gyors atom ütközési ionizálás. Ugyanaz mint az előző csak az ionizációt atomokkal hozzák létre. Az MS-analizátor (Mágneses Szektor) feladata az ionforrásban keletkező fragmensionok m/z értékük szerinti osztályozása és mennyiségük meghatározása. A mágneses szektor tömeganalizátor a mágneses térnek az abban mozgó ionok pályájának alakjára gyakorolt hatásán alapul. Az ionforrásból kilépő ionokat elektrosztatikus kapuk (rések) felgyorsítják és keskeny ionsugarakat képeznek belőlük, amelyet annak belépő résén keresztül a mágneses analizátorba vezetnek. Utóbbi H mágneses tere, mely a belépő résre merőleges irányú, az ionokat r sugarú körpályára kényszeríti. A centrifugális és centripetális erő mv 2 /r = Hzv egyensúlyból adódóan a körpálya sugara r = (m/z) (v/h) A képletből is látszik a mágneses tér, a gyorsító feszültség és az ionok m/z értékének hatását az ionok körmozgásának rádiuszára az analizátorban. A V potenciállal felgyorsított, majd a H mágneses térrel m/z értékük szerint különböző rádiuszú körpályákra kényszerített ionok elválasztása kétféleképpen történhet: vagy az analizátor H mágneses terének változtatásával, vagy a gyorsító rés V feszültségének változtatásával mindig más értékű m/z ionokkal futtatunk be olyan körpályát, mely az analizátor kilépő részéhez vezet. Az ezen kilépő adott H ill. V esetén azonos m/z értékű ionokat a detektor megszámolja. A mérést különböző H vagy V mellett megismételve nyerjük a különböző m/z értékű ionok gyakoriságát szemléltető tömegspektrumot. Több típusa ismert, mint pl. a kettős fókuszáló szektor spektrométer (az ionokat transzlációs energiájuk szerint engedi tovább a mágneses szektorba), kvadrupólus MS-analizátor (ami mágnesek nélkül válogat szét), Furier-transzformációs tömegspektrométer (az ionciklotronrezonancia továbbfejlesztése). A módszerek analitikai alkalmazásai lehetővé teszik a molekulatömeg nagypontosságú meghatározását. A molekulák szerkezetét is megadhatja, hiszen a molekulák tömegspektruma azok ujjlenyomatai.

20 17. Kromatográfia Ca módszeralapja, a kromatográf felépítése, gázkromatográfia (GC), nagyhatékonyságú folyadékkromatográfia (HPLC) A kromatográfia a többfokozatú, nagy hatékonyságú, dinamikus elválasztási módszerek gyűjtőneve: közös alapjuk, hogy az elválasztandó komponensek egy állófázis és egy azon, meghatározott irányba átáramló mozgófázis (eluens) között megoszlanak. A komponensek valamilyen szorpción alapuló megkötődése az állófázison és visszajutása a mozgófázisba dinamikusan ismétlődik. A mozgófázisban a komponensek eltérő sebességgel haladnak, így egymástól elválnak. Az állófázis egy meghatározott pontján egy detektor jelzi a komponenseket, valamilyen fizikai, kémiai tulajdonságuk mérésével. A detektor által előállított jel kiértékelése teszi lehetővé az elválasztott komponensek azonosítását és mennyiségük meghatározását. Gyakorlatban a szorpción alapuló, oszlopkromatográfiás módszerek az elterjedtek. Csoportosítás alapja Mozgófázis halmazállapota szerint Megkötés alapjául szolgáló fizikaikémiai folyamat szerint Adott pórusméretű gélen való átbocsátással (permeáció) Kromatográfia típusok Gázkromatográfia, folyadékkromatográfia Adszorpciós, abszorpciós vagy megoszlásos, ioncsere kromatográfia Gél-, vagy méretkizárásos kromatográfia Technikai kivitelezéstől függően Oszlop-, síkkromatográfia A kromatográfiás elválasztások hatóereje az egyes komponensek kémiai potenciáljának különbözősége az álló- és mozgófázisban. A komponensenként eltérő hajtóerő azt eredményezi, hogy a minta különböző összetevői eltérő ideig tartózkodnak az állófázisban. Az elválasztott komponensek koncentrációjával arányos dekderjel-idő függvényt kromatogramnak nevezzük. A kromatogram legfontosabb jellemzője a retenciós idő, amelyet a minta eluensbe törtnő bevitelének pillanatától a komponens maximális koncentrációban való megjelenéséig eltelt idő. Ez az idő minden mintaalkotóra más és más. Eluens tároló Eluens továbbító (pumpa) Mintaadagoló Oszlop Detektor Jelfeldolgozás értékelés 10. ábra: A kromatográf elvi felépítése Termosztálás A gázkromatográfia mozgófázisa gáz, az állófázisa vagy felületen kötött folyadék, vagy szilárd anyag. A mintát, amely szobahőmérsékleten gyakran folyadék, hirtelen elpárologtatva juttatjuk a kolonnára, amelyet olyan hőmérsékleten tartunk, hogy a minta az analízis egész ideje alatt gáz halmazállapotú legyen. A gázkromatográfia tehát bomlás nélkül gőzzé, ill. gázzá alakítható vegyületek elválasztására és analízisére szolgáló módszer. Teljesítőképessége mind az elválasztás, mind a gyorsaság szempontjából igen nagy. A vivőgáz (eluens) nagynyomású palackból nyerjük és megválasztása a detektortól függ. Lehet nitrogén, argon, hidrogén és héliumgáz is. A mintaadagolás pillanatszerű kell legyen, és azonnal

21 gázzá kell alakuljon. Ehhez kevés mintával kell dolgozni és olyan hőmérsékletet kell biztosítani, amiben a minta gőznyomása a telítettségi gőznyomás alatt marad. Kolonnák (kromatográfiás oszlopok), amit néhány tized o C pontossággal szabályozhatunk és egy o C hőmérsékletig fűthető térben helyeznek el. A számos megosztófolyadék közül az elválasztandó komponensek kémiai tulajdonságának megfelelőt választjuk. A kolonnán elválasztott komponenseket a vivőgáz a detektorba juttatja, amely vivőgázbeli koncentrációjukkal arányos elektromos jelet ad. Ezt a jelet érzékeli és értelmezi a jelfeldolgozó egység. Több detektortípus is használatban van, így létezik olyan, ami a hővezetőképességet méri. A lángionizációs detektor és elektronbefogási detektor. A gázkromatográfia a szénhidrogének és származékainak analízisétől kezdve kozmetikumok, élelmiszer-aromaanyagok, gyógyszerek minősítésén át növényvédő szerek és maradékainak meghatározására és környezetvédelmi analízisben használható módszer. Előnye az egyszerűsége, a a hatékonysága, a szelektivitása, kicsiny mintaigénye, automatizálhatósága stb. Hátránya, hogy csak illékony mintákra használható. A folyadékkromatográfiában a mozgófázis a folyadék. E folyadék a minta komponenseivel kölcsönhatásba lépnek, azokat szolvatálják. A HPLC (High Performance Liquid Chromatography) a leggyakrabban használt, modern analitikai módszerek egyike. Nagyon gyors eljárás, több komponensű minták néhány perc alatt analizálhatók. A hatékonyság növekedését nagy fajlagos felületű töltetek készítésével érték el. A megnövekedett áramlási ellenállást nagy nyomással kompenzálták. Az eluens előkészítése és továbbítása során a komponenseket vagy izokratikus elúció, vagy gradienselúció mozgófázis összetétellel hajtják végre. A minta adagolása a gázkromatográf 4 vagy 6 utas adagolószelepein keresztül történik. A detektorok lehetnek eluensérzékenyek, vagy komponensérzékenyek. Lehet spektrofotometriás-, fluoreszcenciás-, elektrokémiai detektor. A HPLC a kicsiny tenziójú, poláros vagy apoláros tulajdonságú komponensek analízisére is használható. Korlátja, hogy a mintának kellő mértékben oldódnia kell az eluensbe.