atom és molekula spektroszkópiás módszerek

Download Atom és molekula spektroszkópiás módszerek

Post on 28-Jan-2016

38 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Atom és molekula spektroszkópiás módszerek. Módszer Elv Vizsgát anyag típusa Lángfotómetria E szervetlen Atom abszorpció (AAS) A szervetlen Induktívan kapcsolt E szervetlen plazma gerjesztés (ICP) - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

  • Atom s molekula spektroszkpis mdszerekMdszer Elv Vizsgt anyag tpusaLngfotmetria EszervetlenAtom abszorpci (AAS) AszervetlenInduktvan kapcsolt E szervetlen plazma gerjeszts (ICP)Rntgen Fluorescens Eszervetlen spektrskpia (XRF)Ultraibolya s lthat Aszerves spektroszkpia (UV-VIS)Infravrs spektroszkpia (IR) AszervesFluorescens spektroszkpia (Fl) E szervesJelmagyarzat: E emisszi; A, abszorpci; atomi; molekulris

  • Elektronok gerjesztse s energia leadsaAAS az alapllapotbl a gerjesztett llapotba kerl elektronok energiaelnyelst , fnyabszorpcijt mri. Az ionizcis energiknl kisebb energia tartalom (UV-VIS) a mrs idelis tartomnya.

  • Az abszorpcis s emisszis mdszerek sszehasonltsaEmisszinl a gerjesztett Abszorpcinl a fny atomok bocstjk ki az energit. gerjeszti atomokat

  • Fnyabszorpci elveA fny (I0) egy rsze elnyeldik az elemek gzben gy cskken a fnyintenzits (I), mikzben az elemek nyugalmi llapotbl gerjesztett llapotba jutnak.A fnyelnyels mrtke fgg az elemek fajtjtl, az elemek gznek srsgtl s az optikai thossztl.

  • A fnyabszorpci egyenleteLambert-Beer trvny

    A = - log I/ I0 = k * l * cA: Abszorpci (E)I: Kimen fnyintenzitsI0: Bemen fnyintenzitsk: abszorpcis egytthat (mol/l)c: koncentrcil: optikai thosszA = 2-lgT T: ( teresztkpessg, transzmittancia)

  • teresztkpessg (T) -- koncentrci

  • Atom abszorpcis spektroszkpia (AAS)Elem (atom) szelektv analzis mdszerA mdszer az elemre jellemz hullmhosszsg fny elnyelsn alapulNyomelemzsre alkalmas mdszer (10-3 10-15)Az elemek tbbsgnek meghatrozsra alkalmas

  • AAS kszlk felptse

  • AAS alkalmazsi kre

  • Lnggerjeszts folyamata

  • Lnggerjesztses AAS jellegzetes adataiElem Hullmhossz (nm) Kimutatsi hatrok (g/l)Al309,3 20 Cd 228.8 1.5Cr357.95Cr425.4237Pb217.014Pb283.315As193.742As197.260As189.074 Hg253.7/Bi227.764

  • Grafitklyhs gerjeszts

  • Jelalakok az AA spektroszkpinlPorlasztsGrafitklyha

  • Magasabb hmrskleten intenzvebb az energia kisugrzs

  • Emisszi alapegyenleteIem = Aij * h * j* Nj

    Iem : Emisszi intenzitsa Aij : Elektron tmenet valsznsge i s j szint kztt h: Planck lland j : Kisugrzott fny frekvencijaNj: Gerjesztett molekulk szma (arnyos a koncentrcival)

  • Defincik, ICP alapelvePlazma magas hmrsklet (7000-8000 K) rszben ionizlt gz, amely atomizlt llapotba hozza a minta sszetevit.ICP gyakorlatban a plazmt rdifrekvencis genertorral (1-5 kV, 2,7 Mhz) lltjk el rendszerint argon gzban. Az argon ionok rezgsk miatt felmelegszenek, s energijukat tadjk a minta komponenseinek.

  • Plazma szerkezeteA hatsos gerjesztshez szksges kzvett kzeg a mgneses hullm s a minta kztt , ami az ICP gyakorlatban argon.

  • Egydimenzis optikai ICP elrendezse

  • Echelle rccsal kt dimenzs prhuzamos felvtelekEgyidejleg mri az egsz spektrumot ezrt gyors mdszer.

  • Torch

    VistaChip

    Grating

    Prism

    Prism

    18

  • Echelle rccsal nyert analzis

  • ICP-MS kimutatsi hatrai

  • LngfotometriaAlkli s alkli fldfmek analzisre megfelelKorltozott hasznlat a krnyezetvdelembenNem nyomelemzsi clra > 10 ppm (pl. Rendkvl egyszer, gyors hasznlatKrnyezetvdelmi felhasznls: kemnysg, Na, Ca

  • Lngfotomter vzlataNorml gzg megfelelOptika: szrk

    ElemSznHullmhossz (Nasrga589 nmKlila421 nmLibord671 nmCatglavrs622 nmBavilgoszld455 nm

  • Rntgen fluoreszcens spektroszkpiaRntgen besugrzssal trtnik a gerjesztsElemekre jellemz sugrzst mrikSzilrd mintk analzisre alkalmasTerepi mrsekre alkalmas mdszerSzabvny mdszer: EPA 6200

  • XRF elveXRF fleg az als plykrl kilktt elektronok helyettestsbl szrmaz sugrzst mri.

  • XFR korriglt spektrum

  • XRF analzisre alkalmas elemek

  • Elzetes szennyezs felmrs frlyukban

  • Molekulaspektrumok szerkezeteMolekulk bels energija csak, diszkt rtket vehet fel, ezrt az energiavltozsok is kvantltak.Az energia vltozs hrom tagbl ll:Elektron energia Vibrcis energiaForgsi energiaA mrt jelensg lehet sugrzsi (emisszis) vagy elnyelsi (abszorcis).

  • Spektrumok sajtsgaiAz energia-tmenetek csak vkuumban klnthetk el teljesen egymstl az egyszerbb molekulknl.A kzeg srsdsvel s a molekulk szerkezetnek bonyoldsval a svok sszeolvadnak s folytonoss vlnak.A burkolgrbe maximuma, hullmhossza () jellemz az adott molekulra, vagy egy funkcis csoportra.A maximum nagysga, az intenzits fgg az anyag koncentrcijtl s a molekula szerkezettl.

  • Abszorpcis energianvk

  • A vizsgland kzeg srsdsvel az elklnlt energiaszintek sszemosdnak

  • Kt anyag tfed abszorpcis svjnak kirtkelse

  • UV-VIS mszerekLmpk: deutrium, halogn (WJ), Xe,Fnyfelbontk: szrk (5-50 nm felbonts), prizmk, rcsok, interferomterek (0,1 nm felbonts lehetsges).Egy s kt utas kszlkek.Kvettk: kvarc (UV-VIS), veg (VIS), gz (50-200 mm), folyadk (10- 50 mm). Detektorok: fny sokszorzk, fotocellk, didasorok (InGaAs).

    UV VIS mrsek tartomnya: 10-5 10 3 mol/l Javasolt mkdsi tartomny: 20% < T < 60% s 0,7 < A < 0,2.

  • Hagyomnyos UV-VIS kszlk

  • Fny felbontkAnyaga ltalban kvarc.PrizmaRcs

    Rcsegyenlet: n = (sin - sin )

  • Didasoros UV-VIS kszlk

  • Fluoreszcencis alapfogalmakA fnyelnyelshez s a kibocstshoz kvantlt energik tartoznak.A kibocstott energia kisebb mint a felvett, ezrt a fluoreszcens sugrzsnak kisebb a hullmhossza mint az abszorpcijnak.Az elnyelsi svoknak csak kis hnyada okoz fluoreszcencit.Fluoreszcens spektrumok egyszerbbek mint az abszorpcisok.Fluoreszcens sugrzs 10-9 secon bell kveti a gerjesztst (besugrzs).Foszforencia sugrzs 10-6 sec s hetes idtartamon bell kveti a gerjesztst.

  • Klnbz emisszis molekulaspektrumok energia vltozsai

  • A kisugrzott energia magasabb hullmhossz mint a gerjeszt

  • Fluoreszcens spektrofotomter felptsA gerjeszt s a kisugrzott fny detektlsa egymsra merleges elrendezs.

  • Infravrs spektroszkpiaAz elektromgnes sugrzs abszorcijn alapul mdszer a 0,7-300 m hullmhossz (1,70,005 eV) tartomnyban.A molekulban lv atomok s csoportok rezgsi (vibrcis) s forg (rotcijt) norml frekvenciit, elnyelsi svjainak hullmszmt (1/, cm-1) mrik.Az elnyels intenzitsa koncentrci s anyag fgg. Kzepesen rzkeny, csoport specifikus mdszer.Alkalmazsi terlet: kolaj, fenol szennyezsek, lgszennyez gzok (SO2, CO, CO2, NH3).

  • Rezgsek neve s formjaCH2H2O

  • Toluol IR spektruma

  • Prizms IR kszlk vzlataPrizma vgzi a fny felbontst Msodik fnyt referenciaknt szolgl

  • FTIR kszlk mkdsi elve

  • Fourier-transzformci eredmnyeSzrke egyedi mrsek, piros vgeredmny

  • Turbidimetria elve

  • Nefelometria elve

  • Leveg szennyezs tvmrse

  • Elektrokmiai folyamatok szemlltetse

  • Elektrdok tpusaiElsfaj elektrdok, fmelektrdok (ZnZn2+), amelyek sajt ionjaik az oldatba merlnek.Msodfaj elektrdok, fmelektrdok, amelyek sajt rosszul oldd sjukkal vannak bevonva (Ag/AgCl Cl-)Redoxi elektrdok inert fmelektrdok (PtFe(II)/Fe(III))Ionszelektv elektrdok flvezet vagy ioncsers alapon elektrdok (vegelektrd pH, LaF3 F-) Mr elektrd Referencia elektrd

  • Elektroanalitikai mrsek

    Mrt paramter ElnevezsE(cellafeszltsg, I = 0) PotenciometriaG (vezets)KonduktometriaQ (tlts mennyisg)Coulometriat (migrcis id)Eletroforszis

  • PotenciometriaFeszltsget mrnk a mr s a referencia elektrd kztt.A referencia elektrd rendszerint H2 (platinaelektrd), vagy msodfaj (Ag/AgClKCl)Alkalmazs: pH, ionszelektv (F-, NH4+) , redox (Fe(II)/Fe(III))

  • Nernst egyenlet E=E0 + ln[c]*R*T/nFE: elektrdpotencilE0: standard elektrdpotencil[c]: mrt ion koncentrcijaR: egyetemes gzllandT: abszolt hmrsklet n: elektonszm vltozsF: Faraday konstansFeszltsg hatsra az elektrdpotencil eltrhet az egyenslyi potenciltl

  • Ionszelektv elektrdokvegalap elektrdok (H+, K+, Li+) Csapadk alap elektrdok (Ag+, Pb2+, F-, CN-, F-, Cl-)Komplexometris elektrdok (Ca2+, K+, NH4+)Ioncserl elektrdok (Pb2+, Cu2+, NO3-, Cl-, ClO4-) Gz elektrdok (CO2 , NH3 , HCN) Ms ionok zavar hatsa: ( NH4+ K+, Na+, H+)Korltozott pH s koncentrci tartomny

  • pH mr vegelektrd vzlataFeszltsg mrs (mV-pH)Kalibrl pufferekTitrlsoknl is hasznlhatKiszrads veszly

  • VoltametriaVoltametrinl a az ramersget mrjk a feszltsg fggvnyben.A mrend ionok csak diffzival juthatnak az elektrd fellethez.A diffzival az elektrdra jutott ionok mennyisge, arnyos koncentrcijukkal.

  • Oldott oxign meghatrozsa voltametrivalKatdO2 + H2O + 2e 2OH-

    AndPb + 2OH- PbO + H2O + 2e

  • CoulometriaTlts mennyisget mrjk, amely egy reakciban keletkezik. A vizsgland anyag az elektrd felletn lp reakciba, vagy az elektrdon keletkezett reagenssel.Nyomelemzsre is alkalmas. Szerves halogntartalom mrs (AOX, EOX) (Extrahls gets Elnyelets savas oldatban titrls elektrolitikusan generlt Ag ionokkal)

  • Vezetkpessg mrs, KonduktometriaG = 1/RG: Vezetkpessg (S)R: ellenllsKollektv paramter, startalom meghatrozs

    *