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