Emisyjna spektrometria atomowa oprócz absorbcyjnej
Źródło promieniowania - stosuje się promieniowanie o długości fali takiej, jaką emituje oznaczony pierwiastek (lampy jednopierwiastkowe oznaczające żelazo w próbie, lampy wielopieriwastkowe)
Atomizacja:
w płomieniu, polega na przeprowadzeniu badanego roztworu w parę zawierająca atomy (1- rozpylenie cieczy w mgłę, czyli nebulizacja, 2- dysocjacja związków chemicznych na atomy, tzw. atomizacja)
bezpłomieniowa
Układ optyczny - ma za zadanie wyselekcjonowanie odpowiedniej wiązki promieniowania. Składa się z układu soczewek, zwierciadeł i szczelin.
Detekcja promieniowania - jako detektory stosowane są fotopowielacze.
Komputer - sterujący pracą aparatu oraz rejestrujący wyniki oznaczeń.
Atomizacja w piecu grafitowym - jest techniką atomizacji bezpłomieniowej, w której wysokie temperatury wymagane dla atomizacji osiągane są przez ogrzewanie oporowe prądem elektrycznym (dlatego metody te są również określane jako atomizacja elektrotermiczna) ET-AAS lub GFAAS.
Atomizery elektrotermiczne mają różna budowę, ale najczęściej są to tzw. kuwety grafitowe - rurki wykonane w większości z polikrystalicznego elektrografitu (EG) z powłoką z grafitu pirolitycznego (PG), zawierającego pierścienie lub platformę Lwov'a.
Rurka ma wymiary od 20 do 50 mm długości oraz od 4 do 6 mm średnicy wewnętrznej i umieszczona jest między dwoma cylindrycznymi grafitowymi kontaktami zapewniającymi przepływ prądu. W górnej części rurki umiejscowiony jest otwór, przez który prowadzona jest próbka. Próbki ciekłe dozuje się za pomocą mikropipetki, a objętości dozowane są w zakresie od 10 do 100 μl roztworu.
Program temperaturowy stosowany przy oznaczaniu metodą GFAA składa się z następujących etapów:
a) etap suszenia
b) etap mineralizacji termicznej
c) etap atomizacji (temperatura powyżej 2000oC w 2 s)
d) etap czyszczenia kuwety (dalej na monitorze chłodzenie)
Układ HG-AAS - technika generowania wodorków - pierwiastki są lotne i w temperaturze pokojowej bardzo dobrze tworzą się lotne wodorki (arsen,selen) w wyniku reakcji podajemy reduktor (chlorowodorek sodu), kwas (HCl), tworzą się wolne wodorki w pętli reakcyjnej. Trafia to do seperatora, próbka wody - oddzielenie części ciekłej (trafia do odcieku), to co się wygeneruje (lotne wodorki) trafiają do aparatu, gdzie następuje ich atomizacja i oznaczenie, nie w płomieniu i nie w kuwecie grafitowej, ale w kuwetce kwarcowej.
Klasyczna analiza AAS:
dla oznaczenia jednego pierwiastka należy przeprowadzić analizę wszystkich próbek po kolei
w celu oznaczenia innych pierwiastków konieczne jest powtórzenie analizy
duże zużycie próbki oraz długi czas oznaczania
Szybka sekwencja:
oznaczanie wszystkich pierwiastków w próbce w jednym toku analizy, bez jej powtarzania
przejście z jednego pierwiastka na drugi: wszystkie cztery lampy pracują równolegle
4 lampy i ruchome lustro, obraca się w trakcie analizy i pozwala na zebranie wiązki promieniowania pochodzącej z danej lampy
Emisyjna spektrofotometria płomieniowa
Emisyjna spektrofotometria płomieniowa, nazywana tradycyjnie fotometrią płomieniową, jest oparta na następującym zjawisku/ Atomy pierwiastków znajdujące się w odpowiednio wysokiej temperaturze absorbują energię, przechodząc w stan wzbudzenia. Następnie przy powrocie do stanu początkowego następuje emisja energii w postaci promieniowania o długości charakterystycznej dla danego pierwiastka. Natężenie promieniowania jest proporcjonalne do stężenia pierwiastka w badanej próbce. Oznaczenie polega na przeprowadzeniu rozpylone próbki do płomienia palnika i pomiarze natężenia emitowanego promieniowania. Temperatura płomienia waha się od 1800 do 3100oC w zależności od stosowanego gazu. Jako gazy palne można stosować acetylen, propan, butan, metan lub wodór w połączeniu z powietrzem lub tlenem. Używane są różne systemy rozpylaczy i palników. (do oznaczania wapnia, magnezu, sodu i potasu, zwłaszcza w przypadku osadów jeziornych, rzecznych, bagiennych - tam, gdzie jest ich duże stężenie).
Emisyjna spektrofotometria płomieniowa jest często stosowana w analizie wody, gruntów i ścieków, głównie do oznaczania sodu, potasu i wapnia/ można tą techniką oznaczać także wiele innych pierwiastków, a mianowicie: magnez, stront, lit, bar, tal, nikiel, ołów, srebro, glin, chrom, żelazo i inne. Jedną z zalet emisyjnej spektrofotometrii płomieniowej jest możliwość równoczesnego oznaczania wielu pierwiastków z wykorzystaniem jednej próbki.
Spektrofotometria w świetle widzialnym (VIS) i nadfiolecie (UV)
metody spektrofotometrii w świetle widzialnym i nadfiolecie polegają na pomiarze absorbcji promieniowania elektromagnetycznego. W podanym zakresie promieniowania zjawisko absorpcji jest związane z przejściami między poziomami elektronów powłok zewnętrznych i zmianą energii cząsteczki lub atomu.
W spektrofotometrii wykorzystuje się najczęściej metodzie krzywej wzorcowej. W metodzie krzywej wzorcowej wykonuje się najpierw kilka roztwór wzorcowych zawierających oznaczane substancje o znanych dokładnie stężeniach, zgodnie z metoda analityczną prowadzi się reakcję w celu wywołania zabarwienia. Sposób postępowania z badanymi próbkami i roztworami wzorcowymi powinien być taki sam. Następnie mierzy się absorbancję zabarwionych roztworów wzorcowych. Z uzyskanych wyników wykreśla się krzywą wzorcowa, odkładając na jednej osi absorbancji, a na drugiej - stężenie oznaczanej substancji. Mierząc absorbancję zabarwionych próbek, uprzednio przygotowanych w identyczny sposób jak wzorce, odczytujemy na krzywej wzorcowej stężenie oznaczanej substancji. W niektórych przypadkach stężenie substancji w badanej próbce oblicza się z wartości odczytu krzywej wzorcowej uwzględniając rozcieńczenie próbek i współczynniki przeliczania.
Atomowa spektrometria emisyjna z indukcyjni8e wzbudzoną plazmą (ICP-AES)
W metodzie atomowej spektrometrii emisyjnej próbka jest ogrzewana do wysokiej temperatury, tak aby zachodziła nie tylko dysocjacja cząsteczek na wolne atomy, ale również, aby dostateczna ilość atomów lub jonów znalazła się w stanie wzbudzonym. Atomy i jony występujące w stanie wzbudzonym są nietrwałe i wracając do stanu podstawowego emitują charakterystyczne promieniowanie. Oznaczanie zawartości pierwiastka w próbce oparte jest na pomiarze intensywności promieniowania emitowanego przy charakterystycznej dla danego pierwiastka długości fali. Wszystkie atomy i jony będące w stanie wzbudzonym mogą jednocześnie emitować charakterystyczne dla nich promieniowanie. Pozwala to zarówno na wybranie odpowiedniej dla danego pierwiastka długości fali, jak i możliwość jednoczesnego pomiaru wielopierwiastkowego.
Indukcyjnie wzbudzona plazma (ICP)
Stosowane w spektrometrii atomowej wyładowania plazmowe to zjonizowane gazy o dużej energii. Plazma indukcyjnie wzbudzona jest wytwarzana poprzez działanie pola elektromagnetycznego o częstotliwości radiowej na przepływający przez planik gaz obojętny, najczęściej argon.
Przez palnik składający się z 3 koncentrycznych rurek kwarcowych przepływa strumień argonu. Rurka kwarcowa jest otoczona cewką indukcyjna, wykonana z miedzianego drutu. Prąd zmienny o częstotliwości radiowej najczęściej 27 lub 40 MHz, przepływający przez cewkę, wywołuje zmienne pole elektromagnetyczne.
Źródło prądu stałego podłączone do cewki palnika, żeby wytworzyć plazmę. Monochromator i detektor który odczytuje sygnał, wprowadzanie próby. Często do oznaczania żelaza, wapnia, magnezu, sodu, potasu (na poziomie mg/l), także bar, lit, wanad.
Mamy również ICP spektrometrii mas - umożliwia oznaczanie pierwiastka na bardzo niskim poziomie stężęń, pozwala na oznaczanie na zasadzie odcisku palca - żadna cząsteczka nigdy nie jest taka sama. Nadaje się do oznaczenia pierwiastka które zostało kiedyś wprowadzone do środowiska. Połączona z ICP - wykrywanie metali ciężkich (ng/l). technika droga - duża ilość argonu, by wytworzyć plazmę.
Chromatografia cieczowa - Cwiet (ros.) rozdzielił poszczególne składniki wchodzące w skład barwnika (gdyby rozlać wino, widać jak zmienia kolory)
Eksperyment Cwieta
wysoką, szklaną i zamkniętą kolumnę wypełnił podobnymi do piasku cząsteczkami
przygotował ekstrakt z roślin
nalał ekstrakt na kolumnę i zauważył rozwijające się kolorowe prążki w czasie sączenia roztworu w dół kolumny
różne składniki mieszaniny zostały rozdzielone
Chromatografia dzisiaj
metoda ta stała się jednym z najbardziej użytecznych narzędzi dla chemików analityków na każdym polu działania (medycyna, przemysł, chemia)
TLC - Thin Layer Chromatography - chromatografia cienkowarstwowa
szklana płytka pokryta cienką warstwą chromatograficznego materiału z naniesiona kropla ciekłej próbki
płytki umieszczone są w zbiorniku z małą ilością rozpuszczalnika,. Który zwilża dół płytki
rozpuszczalnik wędruje w górę płytki przesuwając składniki próbki z różną szybkością tak, ze ulegają one rozdzieleniu
Chromatografia bibułowa
podobna do TLC
specjalnie przygotowana bibuła
rozpuszczalnik wędruje wzdłuż bibuły i przesuwa składniki próbki z rożna prędkością tak, że ulegają one rozdzieleniu
Chromatografia gazowa
Podstawowymi częściami chromatografu gazowego są:
komora iniekcyjna
kolumna
detektor
rejestrator, integrator lub komputer z drukarką
Dozujemy na kolumnę chromatograficzną (bardzo cienkie o niewielkiej średnicy, wykonane z kwarcu - obudowa to kwarc powleczony odpowiednim materiałem, ze kwarc jest elastyczny, gdy zegniemy mocniej - złamie się, pęka jak szkło). Kolumna zamknięta w piecu, co pozwala nam na sterowanie temperaturą w danym przedziale. Gdy temperatura w pomieszczeniu się zmienia - zmienia się temperatura aparatu. Ważne jest utrzymanie stałej temperatury i do tego służy piec. Próbka, którą dozujemy, trafia w postaci gazu na kolumnę chromatograficzną. Na niej następuje rozdział poszczególnych składników (dzięki odpowiednim przepływom, odczynnikom), będą wychodzić w różnym czasie. Detektor rejestruje ten sygnał, a na monitorze komputera obserwujemy te sygnały. Nie wiemy, jak to zidentyfikować.
Jak mamy chromatografie - na ekranie monitora pojawiają się sygnały w postaci pików (wzniesienia), na X odkładany jest czas, po jakim poszczególne piki wychodzą. Na jakiej podstawie możemy wnioskować, że dany pik pochodzi od jakiegoś związku/jonu, na podstawie czego możemy wnioskować, jakie jest stężenie? Po czasie retencji wiemy, czy to jest jon (i jaki), wysokość piku lub jego powierzchnia mierzona od podstawy informuje o stężeniu danego związku.
Analiza jakościowa
Identyfikację nieznanych składników próbki przeprowadza się biorąc pod uwagę czasy retencji pików. Czas tej jest charakterystyczny dla danego związku i stały w określonych warunkach pomiaru. W celu przeprowadzenia analizy jakościowej wykonuje się analizę chromatograficzną badanej próbki i związku wzorcowego w tych samych warunkach. Jeżeli w chromatogramie próbki nie występuje pik o czasie retencji takim samym jak dla wzorca, wyklucza to obecność związku wzorcowego w próbce. Jeżeli w obu chromatogramach występują piki w tym samym czasie retencji, może to wskazywać na obecność związku wzorcowego w próbce. Nie jest to jednak pewne, ponieważ wiele związków o różnej strukturze może mieć te same czasy retencji. W celu pewnego zidentyfikowania próbki i związku wzorcowego, stosując kilka różnych kolumn i różne temperatury pomiaru. Jest to jednak postępowanie czasochłonne.
Jeśli piki się nakładają można stosować różne kolumny i stężenia.
Analiza ilościowa
Analiza ilościowa polega na pomiarze powierzchni lub wysokości pików. Powierzchnia ograniczona jest przez kształt piku jest proporcjonalna do ilości oznaczanej substancji zawartej w próbce. Istnieje kilka metod pomiaru powierzchni pików.
Najwygodniejszym, najpewniejszym i najszybszym sposobem jest automatyczny pomiar przy użyciu integratora. W przypadku braku integratora można pomiar wykonać ręcznie: przez planimetrowanie lub obliczanie powierzchni symetrycznych pików metodą trójkąta (kiedyś także wycinano piki i je ważono)
Czas retencji jest zdefiniowany jako czas od momentu wstrzyknięcia próbki do ukazania się w wypływie maksimum piku.
Objętość retencji jest to ilość gazu, która przepłynęły przez kolumnę od chwili wprowadzenia substancji do momentu pojawienia się w wypływie maksimum tej substancji.
Zastosowanie (związki organiczne)
technika tą oznacza się przede wszystkim lotne związki halogenoorganiczne, lekkie węglowodory aromatyczne - benzen, toluen, etylobenzen i ksyleny, fenole i chlorofenole jako związki proste i jako etery pentafluorobenzylowe, polichlorowane bifenyle na różnych kolumnach (głównie kapilarnych) i z zastosowaniem różnych detektorów. Pierwszorzędne znaczenie ma chromatografia gazowa w oznaczaniu pestycydów i9 ich metabolitów, a także estrów ftalowych w wodach powierzchniowych i w zawiesinie. Z powodzeniem oznaczano również metylortęć w wodach naturalnych oraz substancje powierzchniowo czynne w wodzie i w osadach dennych.
Specyficznym rodzajem zastosowania chromatografii gazowej jest metoda tzw. fingerprintu, polegająca na sporządzaniu chromatogramów mieszanin wzorcowych.