GazdálkodásimodulGazdaságtudományismeretekI.Közgazdaságtan KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSIMÉRNÖKIMScTERMÉSZETVÉDELMIMÉRNÖKIMSc Tudományos kutatásmódszertani, elemzési és közlési ismeretek modul Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI MÉRNÖKI MSc 1
Atomabszorpciós spektroszkópia 80. Lecke 2
Atomspektroszkópiás módszerek Az atomspektroszkópiás módszerek 70-80 elem minıségi és nagy analitikai érzékenységő mennyiségi meghatározására alkalmas mőszeres analitikai eljárások. Közös bennük, hogy a mintában jelenlevı vizsgálni kívánt elemet szabad atomokká alakítjuk. A szabad atomok létrehozhatók különbözı hımérséklető lángokkal, elektromos ívvel, szikrával, egyenáramú, induktív vagy kapacitív csatolású plazmával illetve nagy hımérséklető grafitcsıben. Aszerint, hogy a szabad atomok minıségérıl és mennyiségérıl hogyan szerzünk adatokat, beszélünk atomemissziós (AES), atomabszorpciós (AAS) és atomfluoreszcens (AFS) módszerekrıl. http://www.tankonyvtar.hu/kemia/atomabszorpcios-080904-6 3
A mérés elve Az atomemissziós spektrometriában termikus vagy elektromos energia segítségével a vizsgált elem gerjesztett atomjait (gerjesztet ionjait) állítjuk elı. E gerjesztett atomok által kisugárzott fény színképébıl a jellemzı hullámhosszak alapján állapítjuk meg az adott elem minıségét (minıségi elemzés). Az elem adott hullámhosszúságú színképvonalának relatív intenzitásából (I rel ) pedig annak (c) koncentrációját határozzuk meg (mennyiségi elemzés). A mért jel és a koncentráció közötti általános összefüggést a Scheibe- Lomakin egyenlet írja le, ahol K állandó, n pedig anyagszerkezeti tényezı, amelynek az értéke 0.5 1.5 közé esik. I rel = Kc n 4
Atomabszorpciós spektrometria Az atomabszorpciós spektrometriában a vizsgálandó elemet elsısorban termikus energia alkalmazásával alapállapotú szabad atomokká alakítjuk. Az így létrehozott atomgızön a vizsgálandó elemre jellemzı hosszúságú fénynyalábot bocsátunk keresztül és mérjük a fényintenzitás csökkenését, amely a késıbbiekben részletezett módon, a Lambert-Beer törvény alapján egyértelmő kapcsolatban áll a fényelnyelést okozó atomok koncentrációjával. 5
Atomfluoreszcens spektrometria Az atomfluoreszcens spektrometriában ugyancsak alapállapotú szabad atomokat állítunk elı. Ezeket az atomokat azonban a vizsgált elemre jellemzı hullámhosszúságú fénnyel gerjesztjük, majd e fénnyel gerjesztett atomok által kibocsátott fluoreszcens fény relatív intenzitását (IF) mérjük, amely az alábbi egyenlet szerint arányos az adott elem c koncentrációjával. 6
Fluoreszcens fény relatív intenzitása (IF) I o - a megvilágító fény intenzitása ω - a gerjesztı fénynyaláb átmérıje a - abszorpciós együttható c - a vizsgált elem térfogategységben levı alapállapotú atomjainak a száma l - az abszorbeálódó fénynyaláb úthossza az atomizáló térben φ - fluoreszcens hatásfok Ω - az a térszög, amelyen belül a fluoreszcens fény detektálása történik 7
Az atom szerkezete és az atomszínképek keletkezése Annak idején az elemek emissziós atomszínképe jelentette az alapot az atomok elektronszerkezetének megfejtéséhez, az elektronhéjak felépítéséhez. A Bohr-féle atommodell szerint az elektronok a nekik megfelelı alappályákon fény kibocsátás nélkül keringenek. Az ilyen energiaállapotú atomok tekinthetık alapállapotúaknak. Ha legalább egy elektron magasabb elektronpályára kerül, majd onnan egy alacsonyabbra, vagy az alappályára visszalép, a pályák közötti energiakülönbségnek megfelelı energiájú (rezgésszámú, hullámhosszúságú) fotont, fotonokat bocsát ki. Bármelyik pályáról bármelyikre lép vissza az elektron, az mindig egy adott hullámhosszúságú színképvonal keletkezésével jár. 8
A Hidrogén atom emissziós színképe az ultraibolya tartományban 9
Rydberg-állandó Legegyszerőbb a hidrogén színképe, a látható tartományban mindössze négy vonallal jelenik meg, de az ultraibolya tartományban a sorozat további, egyre sőrősödı vonalai figyelhetık meg. 1885-ben Balmer felfedezte, hogy az alábbi képlettel a vonalak ν* hullámszámai igen pontosan kifejezhetık. ahol R = 109 678 cm 1 és n = 3, 4, 5,. Az R állandót (a svéd fizikus neve után) Rydberg-állandónak nevezzük 10
H színképszériák A hidrogén színképének késıbbi, részletesebb tanulmányozása a távoli ultraibolya és az infravörös tartományban további színképszériák felfedezéséhez vezetett. Ezeket a szériákat felfedezıikrıl Lyman-, Paschen-, Bracket- és Pfund-szériának nevezték el. Utóbbi sorozatok hullámszámának kiszámításához az összefüggést annyiban kell változtatni, hogy az elsı tagban a 22 helyett 12, 32, 42, 52 értékeket kell helyettesíteni. Így a hidrogén spektrumát kifejezı általános képlet: Az n>m. Az m számok (1 5) azt fejezik ki, hogy az adott szériánál az elektron bármely magasabb pályáról melyik pályára ugrik vissza. A Balmer-szériánál, például, mindig a 2. pályára. Mint látható, a legegyszerőbb atom is nagyszámú színképvonallal jellemezhetı 11
A hidrogén elektronszintjeinek Grotrian diagramja 12
A nátriumatom elektronszintjeinek Grotrian diagramja 13
Kérdések a leckéhez Atomspektroszkópiás módszerek A mérés elve Az atom szerkezete és az atomszínképek keletkezése 14
KÖSZÖNÖM FIGYELMÜKET! 15