Szervetlen komponensek analízise A, Atomspektroszkópia B, Molekulaspektroszkópia C, Elektrokémia D, Egyéb (radiokémia, termikus analízis, stb.)
A fény λ i( k r ωt + φ0 ) Elektromágneses sugárzás E( r, t) = E0e 2πx tér : E = E0 cos( kx) = E0 cos λ idő : E = E cos( ωt) = E cos(2πνt) James Clerk Maxwell (1831 1879) k : hullámvektor, E : elektromos tér ω : körfrekvencia, λ : hullámhossz, ν : frekvencia, c : fénysebesség c 0 c = c 0 = 2,99792458 10 / n 0 λν = c vákuumban : 0 8 m/s n : törésmutató Részecsketermészet Kettőstermészet Albert Einstein (1879 1975) 1905: fotoelektromos jelenség fényenergia-kvantum: foton hc ~ E = hν = hω = = hcν λ h : Planck állandó, ~ ν : hullámszám h = 6,62606876(52) 10 34 Js Louis-Victor de Broglie (1892 1987) 1924: minden anyagra: λ = h = p h mv p : impulzus
A fény és az anyag kölcsönhatása Maggerjesztések Ionizáció Elektrongerjesztés Molekularezgések gerjesztése Molekulákforgásának gerjesztése Magspingerjesztés
Regions of Electromagnetic Spectrum
A fény és az anyag kölcsönhatása reflexió (diffúz, tükrös, teljes, gyengített) ν=ν 0, I<I 0 fluoreszcencia, foszforeszencia ν<ν 0 forrás (monokromatikus) ν 0, I 0 minta abszorpció (transzmisszió) ν=ν 0, I<I 0 Raman-szóródás ν=ν 0 ±ν Rayleigh-szóródás ν=ν 0 minta emisszió
A fény és az anyag kölcsönhatása Bohr-feltétel : ΔE = E 2 E 1 = hν abszorpció foton (hν) E 2 E 2 E 1 E 1 E 2 E 2 spontán emisszió E 1 E 1 stimulált (kényszerített) emisszió E 2 E 2 E 1 E 1
A fény és az anyag kölcsönhatása I I 0 Pierre Bouguet (1698 1758) Johann Heinrich Lambert (1728 1777) I 0 /k I 0 /k 2 x 2x l August Beer (1825 1863) Lambert Beer-törvény: I = I 0 log 10 I I 0 εcl 1 A = log T = εcl = A ln T (%) = I I I I 0 0 = μl 100 c : koncentráció A l : rétegvastagság A: dekadikus abszorbancia ε : dekadikus moláris abszorpciós koefficiens μ : természetes absz. k. T : transzmittancia LB-tv. kalibrációs görbe valóságban telítés l, c
kiválasztási szabályok: Δl =±1 Δs=0 Atomspektroszkópia: H-atom A hidrogénatom energiaszintjei Hidrogénlámpa sorozat sorozat A hidrogénatom spektrumának részlete (látható tartomány) sorozat
Atomspektroszkópia elmélete (abszorpció) A vizsgálatokhoz gázfázisú és szabad (nem molekulárisan kötött) atomokra van szükség. A szabad atomokat elektromágneses sugárzással besugározzuk (megvilágítjuk) A megvilágító fényből elnyelik azokat a hullámhosszakat, amelyek az adott atom egy-egy elektronátmenetének megfelelő energiájú. E = h ν = c h λ
II. porlasztás Hatásfoka általában 1-5%
Atomi emissziós spektroszkópia (AES) Egyik leggyakrabban alkalmazott technika: Induktívan csatolt plazma (ICP) spektroszkópia rádiófrekvenciás (RF) generátor plazmaégő optika detektor diszperziós elem (monokromátor) porlasztás vezérlő elektronika minta (oldatban) szivattyú adattárolás, szemét kiértékelés kimutatási határ: ~1 50 μg/l
A plazma kialakulása
Abszorpciós módszerek szabad atomok! A I = lg 0 = ε l I c
Láng-atomabszorpciós készülék Minta (oldat)
Atomi abszorpciós spektroszkópia (AAS) Egyik technika: lángfotometria monokromátor detektor fényforrás (vájtkatódos lámpa) láng porlasztó minta (oldatban)
Láng-atomabszorpciós égő
Grafitkemencés atomizálás
vájt katód llámpa (hollow cathode lamp) I. II. III.
Analysis of Mixtures of Absorbing Substances Selection of Wavelength Fig. 14-14, pg. 345 "Absorption spectrum of a twocomponent mixture."
HP 8452a
ELEKTROKÉMIA A határfelületen az egyensúlyi potenciál 0 0 μ 2+ + RT *ln ci μ M M = zfε Ahol: standard potenciál R: egyetemes gázállandó ( 8,314 J/mol*K) T: hőmérséklet (K) z: töltés F: Faraday állandó (96500 C/mol) ε: elektród potenciál Az oldat és a fém között létre jövő potenciál esés a konstansok összevonása és átrendezés után (és a fémion adatainak jelölésére mindenütt az i indexet használva): RT ε 0 + ln z F ci i ε = Nernst egyenlet
E=Eo+RT/nF ln [ox]/[red] 20 C-on E=Eo+0.058/n lg [ox]/[red] Walter Nernst 1864-1941 1920 Nobel-díj 2H + +2e - =H 2 Eo=0 vagyis E=RT/F ln c H + = 0.058lg c H + = -0.058 ph
Potenciálmérés Membránelektród
Üvegelektród (ph mérése)
Technology Nanocomposite Arrays Sensitive to chemical agents, toxic industrial chemicals, volatile organic compounds Stable to wide range of environmental conditions