Spektrometria

Spektrometria

magnetycznego

magnetycznego

rezonansu jądrowego

rezonansu jądrowego

(NMR). Spektrometria

(NMR). Spektrometria

atomowa.

atomowa.

Spektroskopia NMR

Spektroskopia NMR

Spektroskopia Magnetycznego

Spektroskopia Magnetycznego

Rezonansu Jądrowego

Rezonansu Jądrowego

– jedna z

– jedna z

najczęściej stosowanych obecnie

najczęściej stosowanych obecnie

technik spektroskopowych w chemii i

technik spektroskopowych w chemii i

medycynie.

medycynie.

Spektroskopia ta

Spektroskopia ta

polega na

polega na

wzbudzaniu spinów jądrowych

wzbudzaniu spinów jądrowych

znajdujących się w zewnętrznym polu

znajdujących się w zewnętrznym polu

magnetycznym poprzez szybkie

magnetycznym poprzez szybkie

zmiany pola magnetycznego, a

zmiany pola magnetycznego, a

następnie rejestrację promieniowania

następnie rejestrację promieniowania

elektromagnetycznego powstającego

elektromagnetycznego powstającego

na skutek zjawisk relaksacji, gdzie

na skutek zjawisk relaksacji, gdzie

przez relaksację rozumiemy powrót

przez relaksację rozumiemy powrót

układu spinów jądrowych do stanu

układu spinów jądrowych do stanu

równowagi termodynamicznej. NMR

równowagi termodynamicznej. NMR

jest zatem jedną ze spektroskopii

jest zatem jedną ze spektroskopii

emisyjnych.

emisyjnych.

ZASTOSOWANIE

ZASTOSOWANIE

W biochemii wykorzystuje się

W biochemii wykorzystuje się

metodę

metodę

rezonansu jądrowo-magnetycznego

rezonansu jądrowo-magnetycznego

– jest

– jest

to metoda oznaczania zawartości wody i suchej

to metoda oznaczania zawartości wody i suchej

substancji w produktach spożywczych.

substancji w produktach spożywczych.

Wykorzystuje ona zjawisko pochłaniania energii

Wykorzystuje ona zjawisko pochłaniania energii

pola elektromagnetycznego w zakresie fal

pola elektromagnetycznego w zakresie fal

radiowych przez jądra atomów wodoru (z wody)

radiowych przez jądra atomów wodoru (z wody)

znajdujących się w badanym materiale. Metoda

znajdujących się w badanym materiale. Metoda

NMR jest jedną z dokładniejszych metod, dzięki

NMR jest jedną z dokładniejszych metod, dzięki

której możemy otrzymać najwięcej

której możemy otrzymać najwięcej

powtarzających się wyników. Nadaje się ona do

powtarzających się wyników. Nadaje się ona do

oznaczania zawartości wody w przedziale od 3

oznaczania zawartości wody w przedziale od 3

do 100%.

do 100%.

W medycynie zjawisko rezonansu

W medycynie zjawisko rezonansu

magnetycznego stosuje się w ramach

magnetycznego stosuje się w ramach

jednej z technik tomograficznych,

jednej z technik tomograficznych,

którą nazywa się obrazowaniem

którą nazywa się obrazowaniem

rezonansu magnetycznego (

rezonansu magnetycznego (

MRI

MRI

).

).

Rodzaje widm NMR

Rodzaje widm NMR

1. Widma jednowymiarowe w

1. Widma jednowymiarowe w

fazie ciekłej

fazie ciekłej

– analizowana próbka

– analizowana próbka

musi być ciekła (sama substancja

musi być ciekła (sama substancja

może być ciekła lub stała, ale do

może być ciekła lub stała, ale do

analizy należy ją rozpuścić w

analizy należy ją rozpuścić w

rozpuszczalniku deuterowanym, tj.

rozpuszczalniku deuterowanym, tj.

takim, w którym wszystkie lub

takim, w którym wszystkie lub

możliwie wiele protonów zostało

możliwie wiele protonów zostało

zastąpionych deuteronem).

zastąpionych deuteronem).

Zabieg ten wykonuje się z dwóch

Zabieg ten wykonuje się z dwóch

powodów. Pierwszy, to konieczność

powodów. Pierwszy, to konieczność

rozcieńczenia protonów przy

rozcieńczenia protonów przy

wykonywaniu widm ¹H. Drugi, to

wykonywaniu widm ¹H. Drugi, to

wykorzystanie sygnału deuteru

wykorzystanie sygnału deuteru

(deuteron też jest jądrem

(deuteron też jest jądrem

magnetycznie czynnym) do

magnetycznie czynnym) do

stabilizacji częstotliwości

stabilizacji częstotliwości

podstawowej spektrometru NMR.

podstawowej spektrometru NMR.

Najczęściej rejestruje się widma

Najczęściej rejestruje się widma

wodoru ¹H, węgla

wodoru ¹H, węgla

13

13

C i fosforu

C i fosforu

31

31

P.

P.

2.

2.

Widma w fazie ciekłej,

Widma w fazie ciekłej,

wielowymiarowe

wielowymiarowe

– analizowana

– analizowana

substancja musi być rozpuszczona w

substancja musi być rozpuszczona w

rozpuszczalniku deuterowanym.

rozpuszczalniku deuterowanym.

Rejestruje się jednocześnie widma

Rejestruje się jednocześnie widma

pochodzące od dwóch lub więcej

pochodzące od dwóch lub więcej

rodzajów atomów, co umożliwia

rodzajów atomów, co umożliwia

obserwację interferencji i sprzężeń

obserwację interferencji i sprzężeń

między widmami generowanymi przez

między widmami generowanymi przez

różne atomy w cząsteczce.

różne atomy w cząsteczce.

3.

3.

Widma w fazie stałej

Widma w fazie stałej

–

–

analizowana substancja jest ciałem

analizowana substancja jest ciałem

stałym – umożliwia ona np.

stałym – umożliwia ona np.

obserwację sposobu uporządkowania

obserwację sposobu uporządkowania

kryształów. Ze względu na to, że w

kryształów. Ze względu na to, że w

ciele stałym praktycznie każdy atom

ciele stałym praktycznie każdy atom

jest w nieco innym otoczeniu

jest w nieco innym otoczeniu

chemicznym jest to technika trudna,

chemicznym jest to technika trudna,

wymagająca m. in. stosowania

wymagająca m. in. stosowania

"tricków" z wycinaniem szumu z

"tricków" z wycinaniem szumu z

widm.

widm.

WIDMO NMR (przykład)

WIDMO NMR (przykład)

Widma NMR mają ułatwić identyfikację

Widma NMR mają ułatwić identyfikację

analizowanego związku. Po wykonaniu

analizowanego związku. Po wykonaniu

wstępnej analizy chemicznej (w tym

wstępnej analizy chemicznej (w tym

określeniu grup funkcyjnych) otrzymuje się

określeniu grup funkcyjnych) otrzymuje się

jednowymiarowe (1D) widmo 1H NMR oraz –

jednowymiarowe (1D) widmo 1H NMR oraz –

w większości przypadków – również widmo

w większości przypadków – również widmo

13C NMR.

13C NMR.

Interpretacja widm w większości

Interpretacja widm w większości

wypadków znacznie ułatwia określenie

wypadków znacznie ułatwia określenie

tożsamości badanego związku. Interpretacja

tożsamości badanego związku. Interpretacja

widm wymaga elementarnej wiedzy ze

widm wymaga elementarnej wiedzy ze

spektroskopii NMR. Szczegółowa wiedza

spektroskopii NMR. Szczegółowa wiedza

teoretyczna i techniczna jest niepotrzebna.

teoretyczna i techniczna jest niepotrzebna.

Spektrofotometr NMR

Spektrofotometr NMR

Absorpcyjna spektrometria

Absorpcyjna spektrometria

atomowa

atomowa

Atomowa Spektrometria Absorpcyjna

Atomowa Spektrometria Absorpcyjna

(ASA lub AAS)– technika analityczna

(ASA lub AAS)– technika analityczna

pozwalająca na oznaczanie pierwiastków

pozwalająca na oznaczanie pierwiastków

chemicznych (przede wszystkim metali) w

chemicznych (przede wszystkim metali) w

próbkach ciekłych, stałych i gazowych.

próbkach ciekłych, stałych i gazowych.

Zasada pomiaru opiera się na zjawisku

Zasada pomiaru opiera się na zjawisku

absorpcji promieniowania o specyficznej

absorpcji promieniowania o specyficznej

długości fali przez

długości fali przez

wolne atomy

wolne atomy

metali.

metali.

Procedura pomiarowa polega na

Procedura pomiarowa polega na

wprowadzeniu próbki do aparatu

wprowadzeniu próbki do aparatu

atomizerem, pomiarze absorbancji i

atomizerem, pomiarze absorbancji i

obliczeniu na jej podstawie stężenia.

obliczeniu na jej podstawie stężenia.

ASA jest metodą wymagającą

ASA jest metodą wymagającą

wykonania krzywej wzorcowej przed

wykonania krzywej wzorcowej przed

przystąpieniem do pomiarów.

przystąpieniem do pomiarów.

Niezbędne jest również posiadanie

Niezbędne jest również posiadanie

odpowiedniej lampy dla każdego

odpowiedniej lampy dla każdego

oznaczanego pierwiastka.

oznaczanego pierwiastka.

Sposób wprowadzania próbki jest

Sposób wprowadzania próbki jest

ściśle związany z zastosowanym

ściśle związany z zastosowanym

atomizerem. Jego wybór jest etapem

atomizerem. Jego wybór jest etapem

decydującym o czułości i poprawności

decydującym o czułości i poprawności

oznaczenia oraz klasyfikuje metody

oznaczenia oraz klasyfikuje metody

ASA na rodzaje. Do najważniejszych

ASA na rodzaje. Do najważniejszych

atomizerów należą: płomieniowe,

atomizerów należą: płomieniowe,

elektrotermiczne i wodorkowe

elektrotermiczne i wodorkowe

(zimnych par).

(zimnych par).

Źródłem promieniowania

Źródłem promieniowania

absorbowanego przez wolne atomy są

absorbowanego przez wolne atomy są

specjalne lampy. Do najczęściej

specjalne lampy. Do najczęściej

stosowanych należą lampy z katodą

stosowanych należą lampy z katodą

wnękową. Lampa ta zbudowana jest z

wnękową. Lampa ta zbudowana jest z

katody (pokrytej warstwą metalu, do

katody (pokrytej warstwą metalu, do

oznaczania którego jest

oznaczania którego jest

przeznaczona) i anody zamkniętych w

przeznaczona) i anody zamkniętych w

cylindrze wypełnionym gazem

cylindrze wypełnionym gazem

szlachetnym. W trakcie pracy lampy

szlachetnym. W trakcie pracy lampy

następuje jonizacja gazu, który ulega

następuje jonizacja gazu, który ulega

rozładowaniu na katodzie, powodując

rozładowaniu na katodzie, powodując

wzbudzenie atomów metalu.

wzbudzenie atomów metalu.

Schemat budowy

Schemat budowy

spektrofotometru ASA

spektrofotometru ASA

Spektrofotometr ASA

Spektrofotometr ASA

Do zalet techniki ASA należą:

Do zalet techniki ASA należą:



wysoka selektywność

wysoka selektywność



granica detekcji rzędu tysięcznych

granica detekcji rzędu tysięcznych

części ppb

części ppb



możliwość analizowania ok. 70

możliwość analizowania ok. 70

pierwiastków

pierwiastków



dobrze opracowane metodyki dla

dobrze opracowane metodyki dla

wielu przypadków

wielu przypadków

Do wad techniki ASA należą:

Do wad techniki ASA należą:



konieczność posiadania wielu lamp

konieczność posiadania wielu lamp

(jedna lampa do jednego pierwiastka)

(jedna lampa do jednego pierwiastka)



występowanie wielu interferencji i

występowanie wielu interferencji i

zakłóceń atomizacji

zakłóceń atomizacji



utrudnione oznaczanie pierwiastków

utrudnione oznaczanie pierwiastków

występujących w wysokich stężeniach

występujących w wysokich stężeniach