Analytická metoda AES - ICP

Prezentace na téma: "Analytická metoda AES - ICP"— Transkript prezentace:

1 Analytická metoda AES - ICP
Atomová emisní spektroskopie s buzením v indukčně vázané plazmě (Inductively coupled plasma - ICP) Metoda je v současnosti nejvíce používanou variantou emisní spektrální analýzy atomových optických spekter, tj. záření vysílaného excitovanými atomy, příp. ionty prvků. Dodáním energie – působením vysokých teplot je měřený prvek krátkodobě převeden do excitovaného atomárního stavu. Zpětným přechodem do stavů o nižších energiích je emitováno čárové spektrum – záření obsahující specifické spektrální čáry (vlnové délky). Jednotlivé spektrální čáry odpovídají přechodům valenčních elektronů mezi různými energetickými stavy. Např. atom sodíku má jeden valenční elektron 3s1, který může přecházet v rámci zobrazených energetických stavů. Vyzáření spektrální čáry samozřejmě odpovídá zpětnému přechodu z vyšší na nižší energetickou hladinu.

2 Analytická metoda AES - ICP
Emisní spektrum prvků obsažených např. v pitné vodě je vyzařováno plamenem přístroje AAS při nasátí vzorku této vody (toto se týká emisní spektroskopie obecně, u AES ICP je emise buzena plazmou nikoli plamenem)

3 Analytická metoda AES - ICP
Teplota plazmy je velmi vysoká Plazma je obecně vysoce ionizovaný plyn – nejčastěji argon, který je snadno ionizovatelný. Dle definice je plazma plyn, který je více než z 1 % ionizován. Ionizace je výsledkem procesu, při kterém se elektrony vyšších hladin v atomech plazmového plynu v důsledku vysoké teploty odpoutávají a stávají se zcela volnými částicemi plazmy. Plazmou se označuje i stav absolutní ionizace, kdy je plyn tvořen atomovými jádry a volnými elektrony. Plazma je elektricky vodivá, lze ji vytvořit elektrickým výbojem v plazmovém plynu. Indukčně vázaná plazma (ICP) vzniká indukčním přenosem vysokofrekvenční energie z budícího VF generátoru cívkou s 2 – 3 závity primárního vinutí (plazma „tvoří“ vinutí sekundární). Radiofrekvenční elektrický proud ( MHz) prochází indukční cívkou a vytváří magnetické pole s vektorem intenzity rovnoběžným s křemennou trubicí. Elektrony uvnitř trubice jsou tímto polem urychleny a předávají svoji energii argonu, který se zahřívá a ionizuje. Tj. v důsledku velkého střídavého proudu, který začne proudit v plynu, jenž je primárně ionizován v malé míře, dojde k vzrůstu teploty v tomto plynu a k další ionizaci – vznikne plazma s teplotou odpovídající velikosti protékajícího el. proudu. Vzorek je do plazmy zamlžován obdobně jako u AAS ve formě aerosolu v nosném plynu - argonu

4 Analytická metoda AES - ICP
Uspořádání bloku detekce a registrace signálu umožňuje stanovení více prvků (až 50) na jedno nasátí vzorku. Každý prvek je identifikován na základě nejméně tří specifických emisních spektrálních čar – (vyzařovaných vlnových délek). Intenzita těchto čar detekovaná jako plocha signálového píku odpovídá koncentraci daného prvku ve vzorku. Scanovací monochromátor – difrakční mřížka je otočena velkou rychlostí do polohy odpovídající detekované vlnové délce. Po té je poloha mřížky měněna velmi jemně okolo profilu analytické čáry a je integrován měřený signál. Statická detekce specifických spektrálních čar – polohy štěrbin odpovídající úhlům odrazu detekovaných spektrálních čar měřených prvků od difrakční mřížky jsou nastaveny napevno.

5 Analytická metoda ICP - MS
Hmotnostní spektrometrie s indukčně vázanou plazmou jako budícím zdrojem iontů Prvky obsažené ve vzorku jsou ionizovány v plazmě a následně vedeny ve formě iontového svazku urychleného elektrickým polem tzv. iontových čoček do kvadrupolového analyzátoru hmotnostního spektrometru. V průběhu měření je v tomto analyzátoru specificky měněna intenzita elektrického pole, čímž jsou identifikovány jednotlivé ionty na základě atomové hmotnosti. Iont určité hmotnosti projde k detektoru jen pokud splňuje tzv. rezonanční podmínky při daném elektrickém poli. Obecný princip hmotnostního spektrometru – ionty vstupující stejnou rychlostí do elektrického pole změní svoji dráhu v závislosti na hmotnosti. V přístroji ICP-MS se používá kvadrupolový analyzátor, nikoli prezentované nejjednodušší uspořádání hmotnostního spektrometru

6 Analytická metoda ICP - MS
Pro vytvoření plazmy se v přístroji ICP-MS používá vyššího radiofrekvenčního proudu oproti AES-ICP, neboť je nutná vyšší teplota, při které atomizované prvky přechází do iontové formy.

7 Analytická metoda ICP - MS
Srovnání mezí detekce metod: ICP-MS, ETA-AAS, AES-ICP, F-AAS

8 Separační analytické metody - chromatografie
Chromatografie je vysoce selektivní analytická metoda vhodná zjm. pro analýzy komplexních vzorků obsahujících organické látky. Principem je selektivní rozdělování zkoumaných látek mezi dvě nemísitelné fáze – tzv. mobilní a stacionární. Dělení probíhá na základě opakovaného ustavování sorpčních, rozpouštěcích nebo iontově výměnných rovnováh. Mobilní fáze unáší vzorek prostorem naplněným stacionární fází, ve kterém dochází k separaci. Při průchodu vzorku separačním prostorem dochází k jeho opakované interakci se stacionární fází. Jednotlivé chemické komponenty vzorku jsou touto interakcí selektivně brzděny – míra brzdění je úměrná vazebné síle interakce. Distribuci složky vzorku (= chem. látky) mezi mobilní a stacionární fázi lze vyjádřit distribuční konstantou KD

9 Separační analytické metody - chromatografie

10 Separační analytické metody - chromatografie
Identifikace stanovované chemické látky je dána celkovým časem jejího průchodu kolonou, tj. polohou detekovaného píku v časové ose (tento čas je pro jednotlivé látky zcela specifický). Kvantita – koncentrace stanovované látky ve vzorku je determinována výškou a plochou píku.

11 Plynová chromatografie
Metoda plynové chromatografie je vhodná pro analýzu těkavých látek, jež je možno převést do plynného stavu. Kolony: - náplňové – 2–4 mm x 2-6 m, částice μm. - kapilární – μm x až 100 m. Na stěně kapiláry nanesena netěkavá kapalina.

12 Plynová chromatografie

13 Vysokoúčinná kapalinová chromatografie - HPLC
HPLC – High Performance Liquid Chromatography U HPLC je velmi významná volba složení mobilní fáze. Separační kolona o vnitřním průměru 2 – 5 mm a délce 30 – 300 mm je obvykle naplněná oxidem křemičitým, který bývá chemicky modifikovaný navázáním vhodných funkčních skupin. Separované látky jsou nejčastěji detekovány fotometricky. Fotometrický detektor pracující v UV oblasti je pro organické látky prakticky univerzální. Pro identifikaci stanovované látky je rozhodující čas průchodu kolonou, detekce vlnové délky pohlcovaných spektrálních pásů v UV oblasti je údajem pouze doplňujícím. Intenzita této absorpce však determinuje kvantitu – koncentraci látky ve vzorku.

14 Vysokoúčinná kapalinová chromatografie - HPLC
Dávkování vzorku do proudu mobilní fáze vedené do separační kolony pod velkým tlakem je u metody HPLC realizováno šesticestným ventilem. Po naplnění dávkovací smyčky v celé délce vzorkem je ventil pootočen o 60o, čímž dojde k zavedení přesného objemu vzorku do proudu mobilní fáze

15 Vysokoúčinná kapalinová chromatografie - HPLC