Transcript 1-OM-6.cas-EMISIONE METODE, PLAMENA FOTOMETRIJA, ATOMSKA FLUORESCENTNA SPEKTROSKOPIJA.ppt

EMISIONE OPTIČKE
METODE
dr Dragan Manojlović, dr Tatjana Verbić, Hemijski fakultet Beograd
Emisione metode se zasnivaju na ispitivanju
svetlosti koju emituje analizirana supstanca
Kvalitativna analiza kod ovih metoda se zasniva
na činjenici da je talasna dužina emitovanog
zračenja određena strukturom atomskog
omotača koji je karakterističan za svaki
element
Kvantitativna analiza se zasniva na vezi između
intenziteta emitovane svetlosti i broja čestica
koje je emituju
Emisione metode se u principu mogu koristiti za
identifikaciju i određivanje svih elemenata u
periodnom sistemu
U praksi se emisione metode koriste za
određivane sedamdesetak elemenata (metala i
nemetala), a uzorci mogu biti čvrsti, tečni i
gasoviti
Količina uzorka je mala, obično nekoliko
miligrama, a ponekad i manja od miligrama
Uzorci se najčešće direktno analiziraju, bez
prethodne obrade i razdvajanja
Emisione metode imaju i neke nedostatke: skupi
aparati, relativno mala preciznost i tačnost oko
5%, mogu se odrediti samo elementi koji ulaze
u sastav uzorka a ne i jedinjenja, uzorak se u
toku analize razara
Spektralni aparati koji se koriste kod emisionih
optičkih metoda moraju da sadrže neke
osnovne delove bez obzira koja je metoda u
pitanju
Izvor svetlosti, odnosno izvor pobuđivanja i kod
ovih metoda je uzorak kome je dovedena potrebna
količina energije za pobuđivanje njegovih atoma
(plamen, luk, vanica, ICP, lampa sa šupljom
katodom, itd)
Optički delovi imaju ulogu da usmere optički snop i
da mu daju željeni pravac
To su razna sočiva, ogledala, a izbor materijala
zavisi od spektralne oblasti
Kao disperzioni elemenat danas se, uglavnom,
koristi difrakciona rešetka
Kod jednostavnijih aparata (plameni fotometar)
još se koriste filtri
Kao detektor zračenja koristi se fotografska
ploča ili fotoelektrična detekcija, fotoćelija i
fotomultiplikator
PLAMENOFOTOMETRIJSKA
ANALIZA
7
Plamena fotometrija je emisiona metoda analize
kod koje se kao sredstvo pobuđivanja koristi
plamen dobijen oksidacijom gorivnog gasa
(butan, acetilen, vodonik,..) kiseonikom ili
vazduhom
U plamenu se mogu pobuditi atomi alkalnih i
zemnoalkalnih metala, In, Cr, Mn, Co, Cu, Ag i
neki drugi elementi čija je energija ekscitacije
mala - ukupno oko 40 elemenata
Tačnost plamenofotometrijskih određivanja
iznosi 2-4%
8
Rastvor supstance koja se određuje raspršuje
se u plamenu pomoću posebnog sistema
raspršivača u vidu fine magle (aerosola)
Od trenutka raspršivanja do momenta
emitovanja elektromagnetnog zračenja rastvora,
odigrava se niz procesa
Isparavanjem rastvarača zaostaje fini prah
čvrste supstance koja zatim prelazi u gasovito
stanje
9
Nakon toga sledi proces disocijaciije, pri čemu
nastaju neutralni atomi koji apsorpcijom
zračenja odgovarajuće talasne dužine prelaze u
pobuđeno stanje
Vraćanjem u osnovno stanje emituje se zračenje
karakteristično za atome koji ga emituju
10
11
12
U plamenu dolazi i do pobuđivanja nedisosovanih
molekula zbog čega se emisija plamena osim
linijskog (atoma i jona) sastoji i od trakastog
(molekulskog) spektra
Na rezultate plamenofotometrijske analize utiče
veći broj faktora koji dovode do sistematskih
grešaka pa o njima moramo voditi računa
prilikom analize
Na proces isparavanja prvenstveno utiče gustina
i površinski napon analiziranog rastvora
13
Ove veličine zavise od sastava rastvora i
temperature pa se povećavanjem temperature
za 10 do 20oC povećava intenzitet emitovanog
zračenja.
U prisustvu površinski aktivnih supstanci koje
smanjuju površinski napon, obezbeđuje se
efikasnije raspršivanje a samim tim se povećava
i intenzitet emitovane svetlosti
Suprotan efekat se javlja u prisustvu tečnosti
koje povećavaju površinski napon (glicerin,
šećer, proteini itd.)
•
14
U plamenu je moguće i odigravanje procesa
jonizacije
Ovaj proces zavisi od temperature plamena i
utiče na intenzitet emitovane svetlosti
Većina elemenata se plamenofotometrijski
određuje pomoću spektralnih linija koje potiču
od neutralnih atoma
Proces jonizacije ispitivanog elementa dovodi do
smanjenja intenziteta spektralnih linija
15
Ukoliko je u plazmi prisutno više elemenata
proces jonizacije može dovesti do povećanja
intenziteta spektralnih linija analiziranog
elementa
Ukoliko su u plazmi prisutna dva elementa, koji
mogu da se jonizuju:
M1
M2


M1+ + eM2+ + e-
Ukupna koncentracija elektrona u plazmi
plamena biće:
•
e- = M1+ + M2+
16
Povećanje broja elektrona u plamenu dovodi do
pomeranja ravnoteže u pravcu stvaranja
neutralnih atoma
Efekat suzbijanja jonizacije objašnjava
pojačivačko dejstvo alkalnih metala
Intenzitet emitovane svetlosti karakteristične
za Rb u prisustvu K biće veći zbog povećanog
broja elektrona koji suzbijaju jonizaciju Rb,
odnosno povećavaju broj neutralnih atoma Rb
17
Nastajanje teško rastvornih soli ili slabo
disosovanih jedinjenja u plamenu takođe, dovodi
do smanjenja intenziteta emitovane svetlosti
U plamenu se stvaraju stabilni oksidi i
hidroksidi metala, MO i MOH
Najstabilniji su oksidi zemnoalkalnih metalastepen termičke disocijacije CaO iznosi svega
4,7% i ovi elementi se često određuju preko
molekulskih traka njihovih oksida
18
Intenzitet emitovane svetlosti bitno zavisi i od
anjonskog sastava rastvora.
U većini slučajeva (izuzimajući anjone organskih
kiselina) prisustvo anjona dovodi do smanjenja
intenziteta emitovane svetlosti odnosno
anjonskog efekta
Najjači efekat je u prisustvu sulfatnog i
fosfatnog jona
19
Suština uticaja anjona je veoma složena, ali je
sigurno da njihovo prisustvo onemogućava proces
isparavanja čvrste supstance, što izaziva
opadanje broja neutralnih atoma u plamenu
U prisustvu sumporne i fosforne kiseline
onemogućeno je određivanje kalcijuma u
rastvoru zbog stvaranja stabilnih, teško
rastvornih jedinjenja
Sličan efekat pokazuju i neki katjoni kao što je
aluminijum, koji ometa plamenofotometrijsko
određivanje kalcijuma i stroncijuma usled
stvaranja kalcijum i stroncijum aluminata
20
Kvalitativna analiza
Plamenofotometrijski se može izvesti i
kvalitativna analiza uzorka jer je svetlost koja
se emituje karakteristična za svaki element koji
se nalazi u uzorku
Sa aparatima koji poseduju disperzioni elemenat
može se izvesti kvalitativna analiza veoma
složenih uzoraka, dok se kod aparata sa
filtrima može odrediti samo manji broj
elemenata
21
Princip se sastoji u tome da se prvo očitava
fotostruja za slepu probu pri čemu se svetlosni
snop propušta kroz odgovarajuće filtre
karakteristične za određeni element
Zatim se na isti način očitava fotostruja za
ispitivani rastvor
22
Kvantitativna analiza
Intenzitet spektralnih linija nekog elementa
srazmeran je njegovoj koncentraciji
U manjem intervalu koncentracija, zavisnost
intenziteta od koncentracije je linearna
Do odstupanja od linearnosti dolazi u sledećim
slučajevima:
Pri niskim koncentracijama ispitivanog elementa,
zbog nedovoljne osetljivosti određivanja
23
Pri visokim temperaturama plamena, zbog
procesa jonizacije
Pri visokim koncentracijama ispitivanog
elementa, zbog pojave samoapsorpcije
Zbog niza ometajućih faktora koncentracija
neke ispitivane vrste se ne može izmeriti
direktno merenjem fotostruje
24
Neophodno je imati odgovarajuće standardne
rastvore, koji sadrže sve komponente kao i
ispitivani rastvor i samo se razlikuju po sadržaju
ispitivanog elementa
Kada se raspolaže ovakvim rastvorima onda se
koncentracija ispitivanog elementa može veoma
jednostavno odrediti metodom kalibracione prave
25
Metoda standardnog dodatka
Suština metode standardnog dodatka se sastoji
u tome da se analizirani rastvor podeli u tri
dela.
U dva dela se dodaju određena zapremine (V1 i
V2) rastvora sa poznatom koncentracijom
ispitivanog elementa
Zatim se dodavanjem destilovane vode podesi
da sva tri rastvora imaju istu zapreminu i nakon
očitavanja foto struje se crta grafik
26
AFS
(ATOMSKA FLUORESCENTNA
SPEKTROSKOPIJA)
28
Principles of
Fluorescence Spectroscopy
Third Edition
Joseph R. Lakowicz
University of Maryland School of Medicine
Baltimore, Maryland, USA
Fluorescence is now a dominant methodology used
extensively in biotechnology, flow cytometry, medical
diagnostics, DNA sequencing, forensics, and genetic
analysis, to name a few.
Fluorescence detection is highly sensitive, and there is
no longer the need for the expense and difficulties of
handling radioactive tracers for most biochemical
measurements. There has been dramatic growth in the
use of fluorescence for cellular and molecular imaging.
Fluorescence imaging can reveal the localization and
measurements of intracellular molecules, sometimes at
the level of single-molecule detection.
Fluorescence technology is used by scientists from
many disciplines.
Emisija fluorescentnog zračenja je posledica
apsorpcije fotona od strane molekula (prelaz sa S0
na S1 elektronski nivo).
Deo apsorbovanog zračenja se gubi kroz brzu
relaksaciju, prelazak iz singletnog u tripletno stanje
(S1 u T1), ili u nekim neradijativnim procesima
(sudaranje molekula među sobom ili sa zidovima
suda),
Energetski dijagram nastajanja fluorescentnog zračenja
Većina molekula nema sposobnost emitovanja
fluorescentnog zračenja
Manje fleksibilni molekuli imaju veću verovatnoću
da deo apsorbovanog zračenja emituju kroz
fluorescenciju.
Emisioni spektar molekula – slika
u ogledalu apsorpcionog spektra
Razlika u talasnim dužinama
maksimuma emisije i apsorpcije
naziva se Stoksov pomeraj.
Blok shema spektrofluorimetra
Kao izvor zračenja kod spektrofluorimetra se koriste
kontinualni izvori, kao što je ksenon (Xe) varnična
lampa. Monohromator - difrakciona rešetka. Detektor
- fotomultiplikator.
Intenzitet fluorescentnog zračenja proporcionalan
je koncentraciji, u slučaju kada je apsorbancija
rastvora vrlo mala (manja od 0,05).
Velika prednost fluorescentne spektroskopije u
odnosu na klasičnu UV/Vis apsorpcionu
spektroskopiju je mnogo veća osetljivost (102-103
puta), uz širok linearni opseg odgovora.
The first observation of fluorescence from a quinine
solution in sunlight was reported by Sir John Frederick
William Herschel in 1845.