Analytická metoda molekulové absorpční spektrometrie

Prezentace na téma: "Analytická metoda molekulové absorpční spektrometrie"— Transkript prezentace:

1 Analytická metoda molekulové absorpční spektrometrie
Metoda molekulové absorpční spektrometrie je založena na měření absorpce elektromagnetického záření, ke které dochází při interakci fotonů specifické vlnové délky s elektronovým obalem molekuly měřené látky. Podstatou absorpce energie fotonů jsou elektronové přechody mezi energetickými hladinami (excitace elektronů) v elektronovém obalu. Energie fotonů je v menší míře absorbována také energetickými přechody molekuly do vyšších vibračních ΔEv a rotačních ΔEr hladin. Energetické vibrační a rotační přechody reprezentují mnohem menší energii oproti excitacím elektronů Tj. má-li záření dostatečnou energii na elektronové přechody, bude způsobovat i energetické přechody molekuly na vyšší vibrační a rotační hladiny. Elektronové a vibrační a rotační přechody jsou pro každou molekulu specifické – jsou dány její strukturou a související elektronovou konfigurací, tj. každá molekula absorbuje elektromagnetické záření o specifické energii tedy specifické vlnové délce – hovoříme o absorpčních spektrálních pásech.

2 Analytická metoda molekulové absorpční spektrometrie
V spektrálních pásech ve vodném roztoku zpravidla nelze rozlišit rotační a ani vibrační strukturu – solvatace molekulami vody ruší volnou rotaci a ovlivňuje vibraci absorbující molekuly.

3 Analytická metoda molekulové absorpční spektrometrie
Absorbované vlnové délky se u molekulové absorpční spektrometrie nacházejí v ultrafialové (λ = nm) a viditelné oblasti (λ = nm). Látky, jejichž molekuly absorbují ve viditelné oblasti jsou barevné, neboť ve spektru, které propouštějí či odrážejí, chybí barva odpovídající pohlcovanému spektrálnímu pásu (či pásům). Jejich zabarvení je tedy k absorbovaným vlnovým délkám komplementární – viz tabulka Absorbovaná vlnová délka λ (nm) Příslušející barva absorbovaného záření Komplementární barva – barva měřeného roztoku 400 – 435 fialová žlutozelená 435 – 480 modrá žlutá 480 – 490 zelenomodrá oranžová 490 – 500 modrozelená červená 500 – 560 zelená purpurová 560 – 580 580 – 595 595 – 610 610 – 750

4 Analytická metoda molekulové absorpční spektrometrie
Uspořádání monochromátoru – zdroje záření požadované vlnové délky pro měření jeho absorpce barevným roztokem Schéma jednopaprskového spektrofotometru Monochromatické záření prochází kyvetou s měřeným (barevným) roztokem. Intenzita paprsku po průchodu vzorkem je detekována fotonásobičem, tj. je převedena na elektrický signál. Srovnávací nulová úroveň signálu je přiřazena odezvě na kyvetu s čistou vodou (blank), čímž je zajištěno, že úroveň signálu detekovaná při měření reflektuje pouze samotnou absorpci paprsku vzorkem. Koncentrace měřené látky se odečte z kalibračního grafu.

5 Analytická metoda molekulové absorpční spektrometrie
Stanovení dusičnanů metodou absorpční spektrometrie po reakci se salicylanem sodným V silně kyselém prostředí koncentrované kyseliny octové nebo sírové vzniká žlutá kys. nitrosalicylová. Intenzita zbarvení odpovídá koncentraci NO3- ve vzorku

6 Analytická metoda molekulové absorpční spektrometrie
Stanovení dusitanů metodou absorpční spektrometrie po reakci s kyselinou sulfanilovou a N-(1-naftyl)-ethylendiamindihydrochloridem Podstatou je diazotačně – kopulační reakční schéma. Kyselina sulfanilová je v prostředí hydrogensíranu draselného KHSO4 diazotována kyselinou dusitou (z dusitanů ve vzorku) na diazoniovou sůl. Tato sůl následné reaguje s N-(1-naftyl)-ethylendiamindihydrochloridem (NED-hydrochloridem) na červené, resp. purpurové (fialové) barvivo. Tato druhá reakce se nazývá tzv. kopulací. Intenzita zbarvení je úměrná koncentraci dusitanů ve vzorku.

7 Analytická metoda molekulové absorpční spektrometrie
Stanovení amonných iontů metodou absorpční spektrometrie po reakci se salicylanem sodným a chlornanovými ionty V prvním kroku dochází k reakci amonných iontů NH4+, resp. amoniaku NH3 (na který jsou v silně alkalickém prostředí amonné ionty převedeny) s chlornanovými ionty ClO- za vzniku chloraminu NH2Cl. Chlornanové ionty se tvoří in situ, tj. přímo v roztoku reagujících látek alkalickou hydrolýzou sodné soli N,N–dichlor-1,3,5-triazin-2,4,6-trionu (dichlorisokyanuratan sodný). Při pH 12,6 a za přítomnosti nitrosopetntakyanoželezitanu sodného Na2[Fe(CN)5NO].2H2O (nitroprussid sodný) reaguje chloramin se salycilanem sodným. Vzniká strukturně složitá intenzivně modrá sloučenina typu indofenolové modři.

8 Analytická metoda molekulové absorpční spektrometrie
Stanovení anorganických orthofosforečnanů metodou absorpční spektrometrie po reakci s molybdenanem amonným a kyselinou askorbovou Orthofosforečnany reagují v prostředí H2SO4 při katalytickém působení antimonitých iontů s molybdenanem amonným za vzniku kyseliny molybdatofosforečné. Následnou redukcí žlutého komplexu kyseliny molybdatofosforečné kyselinou askorbovou vzniká fosfomolybdenová modř. PO43- + (NH4)2MoO H4P(Mo12O40) fosfomolybdenová modř Kyselina molybdatofosforečná H4P(Mo12O40) je tzv. heteropolykyselinou. Anion této kyseliny má složitou strukturu sférického typu okolo centrálního atomu fosforu. Samotná fosfomolybdenová modř má velmi složitou strukturu, jež byla plně objasněna teprve v nedávné době.

9 Analytická metoda atomové absorpční spektrometrie
U metody atomové absorpční spektrometrie je měřena specifická absorpce elektromagnetického záření odpovídajícího spektrální čáre přechodu (elektronové excitaci) v elektronovém obalu volného atomu analyzovaného prvku. Vibrační či rotační energetické přechody, jenž souvisí s chemickými vazbami v molekulách se u volných - samostatných atomů samozřejmě neuplatňují. Metodou AAS lze měřit koncentraci kovů a některých polokovů ve vodném roztoku. Přechod nekovů do požadovaného stavu stabilních volných atomů je při atomizaci v plameni či grafitové kyvetě problematický až nemožný (např. N, S měřit nelze). Metoda AAS je nejčastěji využívána k stanovování obsahu kovů (zjm. toxických) ve vzorcích vod, půd, rostlinného či živočišného materiálu apod. Pevné vzorky je nutno převést výluhem či rozkladem (nejčastěji mikrovlnný rozklad v teflonových tlakových nádobkách) do roztoku.

10 Analytická metoda atomové absorpční spektrometrie
Jako zdroj monochromatického záření používány tzv. HCL lampy (hollow cathode lamp). Stanovení konkrétního prvku je podmíněno použitím specifické HCL emitující vlnové délky odpovídající absorpčním spektrálním čarám tohoto prvku, čehož je dosaženo tím, že katoda lampy je daným prvkem tvořená či potažená. Lampa samozřejmě vyzařuje spektrální čáry emisní, které však odpovídají stejným (povoleným) elektronovým přechodům jako čáry absorpční, resp. v obou případech jde o stejný energetický rozdíl (kvantum energie) mezi základním a excitovaným stavem interagujících elektronů. Pro vlastní detekci specifické absorpce je pak využita pouze jedna měřeným prvkem nejvíce absorbovaná (znamenající nejvyšší citlivost stanovení) spektrální čára, což je zajištěno monochromátorem zařazeným před detektorem (fotonásobič ap.).

11 Analytická metoda atomové absorpční spektrometrie
Pneumatické zamlžovače při plamenové atomizaci Koncentrický Cross-flow Atomizace zamlžováním do plamene umožňuje opakované měření absorpce v průběhu kontinuálního nasávání roztoku vzorku. Mez detekce se při tomto uspořádání pohybuje u většiny prvků okolo 10 – 20 μg.l-1, tj. metoda plamenové AAS (F-AAS) je použitelná pro analýzy vzorků s koncentrační úrovní stanovovaných prvků cca od 50 – 100 μg.l-1.

12 Analytická metoda atomové absorpční spektrometrie
Pro potřeby tzv. ultrastopové analýzy, kdy je třeba měřit o tři řády nižší koncentrace prvků (od 0,05 – 0,1 μg.l-1) je k dispozici speciální instrumentální uspořádání nazývané elektrotermická atomizace (ETA-AAS). Vzorek je zde v malém objemu (20 μl) jednorázově dávkován do speciální miniaturní grafitové kyvety, která je následně v naprogramovaných krocích ohřívána průchodem velkého proudu až na atomizační teplotu (okolo 2000oC – dle stanovovaného prvku). Kyvetou prochází monochromatický paprsek, jehož absorpce je měřena. Vysoká citlivost stanovení je při tomto uspořádání dána skutečností, že na absorpci se podílí veškeré nadávkované množství vzorku, resp. atomizace probíhá v malém ohraničeném prostoru.

13 Analytická metoda atomové absorpční spektrometrie
Třetí typ instrumentálního uspořádání je atomizace ve vyhřívaném křemenném analyzátoru - kyvetě, do které je v proudu inertního nosného plynu (Ar) přiváděn měřený prvek ve formě plynné těkavé sloučeniny – nejčastěji hydridu. Křemennou kyvetou prochází absorbovaný monochromatický paprsek. Tato varianta je označována jako AAS s generováním hydridů (HG-AAS). Stanovovat lze pouze některé tzv. hydridotvorné prvky – As, Se, Te, Sb ap. Citlivost je srovnatelná s metodou ETA-AAS. Schéma aparatury pro kontinuální generování hydridů (AsH3 apod.) V tomto uspořádání je stanovována také rtuť – Hg, která je přiváděna do křemenné měřící kyvety (nevyhřívané) již v atomizovaném stavu jako rtuťové páry. V souvislosti s velmi nízkým bodem varu lze rtuť jako jediný prvek stanovovat metodou AAS přímo v tuhém vzorku bez nutnosti primární mineralizace a převedení do roztoku. K tomuto účelu slouží speciální AAS přístroj, který měří atomovou absorpci v párách Hg uvolněných po tepelném rozkladu vzorku tuhého či kapalného skupenství.