Nowoczesne metody analizy pierwiastków
Transkrypt
Nowoczesne metody analizy pierwiastków
Nowoczesne metody analizy pierwiastków Techniki analityczne Spektroskopowe Chromatograficzne Chromatografia jonowa Emisyjne FAES ICP-AES Absorpcyjne Fluoroscencyjne Spektroskopia mas AAS EDAX ICP-MS Prezentowane techniki FAES - (flame atomic emission spectrometry) płomieniowa spektrometria atomowa emisyjna AAS - (Atomic Absorption Spectrometry) – spektrometria atomowa absorbcyjna ICP-AES – (inductively coupled plasma – atomic emission spectrometry) – spektrometria atomowa emisyjna ze wzbudzeniem w plazmie sprzężonej indukcyjnie ICP-MS – (ICP- mass spectrometry)spektrometria mas z jonizacją w plazmie sprzężonej indukcyjnie o IC – (Ion Chromatography) – chromatografia jonowa, w skład której wchodzą: HPIC - (High Performance Ion Chromatography) wysokosprawna chromatografia jonowa HPICE – (High Performance Ion Chromatography Exclusion) – wysokosprawna chromatografia jonowykluczająca IPC – (Ion Pair Chromatography) – chromatografia par jonowych o EDAX – (Energy Dispersive Analizalisis of Xrays) promieniowania rentgenowskiego z dyspersją energii Techniki analityczne Spektroskopowe Chromatograficzne Chromatografia jonowa Emisyjne FAES ICP-AES Absorpcyjne Fluoroscencyjne Spektroskopia mas AAS EDAX ICP-MS Płomieniowa spektrometria atomowa emisyjna Podstawy, aparatura i zastosowania Podstawy Aparatura Zastosowania Szybkie oznaczanie Na, K i Ca w próbkach biologicznych i klinicznych oraz farmaceutycznych Zaletami są względna prostota aparatu i szybkość pomiarów, natomiast wadą zależność natężenia emitowanego promieniowania od zmian temperatury płomienia. Techniki analityczne Spektroskopowe Chromatograficzne Chromatografia jonowa Emisyjne FAES ICP-AES Absorpcyjne Fluoroscencyjne Spektroskopia mas AAS EDAX ICP-MS ICP-AES oraz ICP-MS Podstawy i aparatura Zastosowania Można oznaczyć 70 pierwiastków, zarówno metalicznych, jak i niemetalicznych Identyfikacja źródeł zanieczyszczenia środowiska (różny skład izotopowy zanieczyszczeń pochodzących z różnych źródeł). Granice wykrywalności w atomowej spektrometrii emisyjnej (w ppb – 1g/1000ton rozpuszczalnika) Pierwiastek FAES ICP-AES ICP - MS Al 10 4 0,1 Ba 1 0,1 0,02 Be - 0,06 0,1 Cu 10 0,9 0,03 Mn 10 0,4 0,04 P - 30 20 Pb 100 20 0,02 Zn 10 1 0,08 Techniki analityczne Spektroskopowe Chromatograficzne Chromatografia jonowa Emisyjne FAES ICP-AES Absorpcyjne Fluoroscencyjne Spektroskopia mas AAS EDAX ICP-MS Spektrometria emisyjna promieniowania rentgenowskiego Podstawy W wyniku wzbudzenia wewnętrznych elektronów w atomie niektóre zostają przeniesione na poziomy o wyższej energii. Przy powrocie na niższe poziomy emitują one promieniowanie z zakresu rentgenowskiego, charakterystyczne dla wzbudzonego atomu. Zastosowania Spektrometria emisyjna promieniowania rentgenowskiego pozwala na wykrycie i oznaczenie pierwiastków zawartych w próbce. Metoda ta ma wiele zastosowań w przemyśle petrochemicznym, metalurgicznym a także badać duże stężenia określonych pierwiastków w próbkach biologicznych. Zawartość poszczególnych pierwiastków w próbce wykonana techniką EDX Techniki analityczne Spektroskopowe Chromatograficzne Chromatografia jonowa Emisyjne FAES ICP-AES Absorpcyjne Fluoroscencyjne Spektroskopia mas AAS EDAX ICP-MS Spektrometria atomowa absorpcyjna Podstawy Poziomy energii w atomach są specyficzne i determinowane przez liczby kwantowe pierwiastka. Jeśli atomy w stanie podstawowym zostaną wzbudzone to niektóre przechodzą na poziomy o wyższej energii, przy czym energie przejść są charakterystyczne dla pierwiastka. Jeśli długość fali lub częstość promieniowania odpowiada energii przejścia, to następuje absorpcja promieniowania. Aparatura Źródłem promieniowania jest często lampa z katodą wnękową (HCL). Jedna lampa pozwala na oznaczanie tylko jednego pierwiastka – stosowane źródeł ciągłych wymaga monochromatorów o bardzo dobrej rozdzielczości. Metody atomizacji: - W płomieniu - Kuweta grafitowa - Platforma Lwowa Zastosowania Próbki rolnicze, szczególnie analiz gleby – zanieczyszczenia wody i gleby często badane są technikami AAS Oznaczenia kliniczne i biologiczne – np. oznaczenia sodu, potasu, litu i wapnia w osoczu i surowicy, a żelaza i ołowiu we krwi Próbki metalurgiczne – w których oznacza się zanieczyszczenia Oleje i próbki petrochemiczne – które analizuje się na zawartość metali w surowcach, a także w zużytych olejach Próbki wody – są niezwykle ważne, bo zanieczyszczenia mogą stanowić zagrożenie dla zdrowia. Oznaczane najczęściej są nikiel, cynk, rtęć, ołów. Techniki analityczne Spektroskopowe Chromatograficzne Chromatografia jonowa Emisyjne FAES ICP-AES Absorpcyjne Fluoroscencyjne Spektroskopia mas AAS EDAX ICP-MS Chromatografia jonowa HPIC - Zasada działania We współczesnej chromatografii jonowymiennej wypełnienia kolumn stanowią żywice z naniesionymi na nie grupami funkcyjnymi o stałym ładunku (tzw. jony związane), w których otoczeniu znajdują się odpowiednie przeciwjony. W przypadku wymiany anionów, z reguły jako grupy jonowymienne, stosowane są czwartorzędowe zasady amoniowe, a w wymianie kationów grupy sulfonowe. Gdy przeciwjon na powierzchni wymiany zostanie zastąpiony przez jon substancji rozpuszczonej, ten ostatni jest czasowo zatrzymywany przez jony związane. Metody detekcji Detekcja konduktometryczna Detekcja elektrochemiczna ◦ Amperometria ◦ Kulometria Bezpośrednia detekcja absorpcyjna – azotany (III) i (V) a także jodki i bromki w wodzie pitnej ◦ Derywatyzacja postkolumnowa Detekcja fluorescencyjna Zalety i zastosowania możliwość jednoczesnego oznaczania kilku jonów w próbce, krótki czas analizy (od kilku do kilkunastu minut), niskie progi wykrywalności (1 ng/ml), które mogą być dodatkowo obniżone o 2-3 rzędy przez zastosowanie kolumny zagęszczającej, szeroki zakres oznaczanych substancji, możliwość stosowania różnych detektorów, niewielka ilość próbki potrzebna do analizy (0,1-1 ml), łatwość przygotowania próbki do analizy, wysoka selektywność oznaczanych jonów w próbkach o złożonej matrycy