Spektoskopie Flashcards
Spektroskopie
… befasst sich mit der Charakterisierung von Materie (zB. Atomen, Molekülen, Ionen, Stoffgemischen, Prozessströme) in Bezug auf ihr Verhalten gegenüber und unter Verwendung elektromagnetischer Strahlung
Vorteile
rasche Bestimmung (Keine Trennung - real life)
kleine Probenmengen
gute Reproduzierbarkeit
gute Automatisierung
Nachteile
teilweise erheblicher instrumenteller Aufwand
Bsp Anwedungen
Strukturaufklärung, Charakterisierung, Identifizierung von Substanzen
Produktionsüberwachung und Routine-Kontrollanalysen
Erforschung von Reaktionsmechanismen
Werkstoffprüfung
Gasanalysen bei Luftuntersuchungen
Bestimmung in der klinischen Chemie und Lebensmittelchemie
Nachweis von Stoffen im Spurenbereich
Messung physikalisch-chemischer Größen
Absorptionsspektoskropie
Stoffe werden durch die Aufnahme von Strahlungen bestimmter Energie angeregt und löschen dabei spezifische Bereiche (Wellenlängen) des eingestrahlten Lichtes aus oder schwächen diese
Emissionsspektroskopie
Stoffe werden durch Zufuhr von (meist thermischer) Energie angeregt und strahlen beim Verfall von diesem angeregten Zustand Licht spezifischer Bereiche (Wellenlängen) aus
Elektromagnetische Welle
Fortpflanzungsgeschwindigkeit = Lichtgeschwindigkeit
= Transversalwelle, d.h. ihre Schwingung findet senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung statt
Elektromagnetische Wellen charakterisiert durch
- Wellenlänge
- Frequenz
- Amplitude
Energieinhalt
Energie elektromagnetischer Strahlung ist proportional zu seiner Frequenz
Auswirkungen auf Atome/Moleküle
Durch Absorption von Strahlung = Veränderung der Energiezustände des betrachteten Teilchens
Atomisierung und Anregung
Bei fester Probe: Atomisierung und Anregung in einem Schritt
bei flüssiger oder gelöster Probe: Zerstäubung + Einführung in die Flamme
–> Flammenemissionspektralanalyse
Anregung durch hv (AAS) oder thermisch (OES)
thermische Anregung
–> nicht selektiv
–> extremer Linienreichtum
Anregungsgrad
Elementspezifisch vor allem für Metalle
–>Alkali und Erdalkali: Flamme ausreichend für Emissionsanalyse
–> Andere Elemente: Lichtbogen, Funken, Laser, ICP (inductively coupled plasma)
Atomabsorptionsspektrometrie (AAS)
Flammen OES
Brenner –> Monochromator -> Detektor -> Signalverarbeitung
Atomabsorptionsspektrometrie (AAS)
Flammen AAS
Quelle (elementspezifische Lampe -> selektive Anregung <-> OES
Brenner -> Monochromator -> Detektor -> Signalverarbeitung
nur quantitativ, keine qulaitative Übersicht
AAS Probleme
Verunreinigung durch Reagenzien
Adsorptionsverlust (z.B. an Teflon)
Kontaminationen –> Reinraum
AAS Probleme –> Lösungen
Anreicherungen (z.B. Extraktion)
detaillierte Vorschriften
Standards ähnlich der Probe
Korrektur des Untergrundes
Deuterium-Lampe (200-400 nm)
Voraussetzung: kontinuierliche Untergrundabsorption über den ganzen Wellenbereich
Atomisierung (Laminarbrenner) Forderungen
gleichmäßige Verteilung der Probe in der Flamme
stabile Flamme
möglichst vollständige Atomisierung
Verdampfung
Atomisierung (Laminarbrenner) Instrumentelle Realisierung
Vormischkammer, Tropfenabscheider
< 10 mikro meter in Flamme [Verlust von 99 & der Probe]
Lösungsmittelverdünnung + Atomisierung
Atomisierung (Laminarbrenner) Nachteil
geringe Atomisierung, geringe Verweilzeit in der Flamme –> geringe Empfindlichkeit
Gasgemisch + Temperaturen
kompromiss
ja nach Matrix + Element –> optimale Flammentemperatur
Kompromiss: max Atomiserung <-> min Ionisation (Nebenreaktion unerwünscht)
AAS Charakteristika
Nachweisgrenze:
Absolut; 10^-6 bis 10^-8 g
realtiv: typ einige mikrogramm7milliliter
(Im Festkörper: 0,1 bis 0,01 % wegen Verdünnung)
Flammlose AAS - Graphitrohr AAS = Elektrochemische AAS (ET-AS) - Temperaturenprogramm
1) Probenaufgabe kalt (typisch: 10-20 mikroliter)
2) LM-Verdampfung
3) Veraschung (org. Bestandteile), Pyrolyse (der Matrix)
4) Atomisierung bei 500 - 2800 °C
Flammenlose AAS - Analytische Charakteristika
niedrige EG: 10^-10 bis 10^-13 g absolut, ng/ml
relativ gute Reproduzierbarkeit
Monochromator
Einfache Gittermonochromatoren + Filter ausreichend, aufgrund selektive Anregung –> billige Geräte
Detektor
Photomultiplier für UV/VIS
Bereich: 194 nm (As) - 852 nm (Cs)
Einsatz Flammenemission
Alkali, Erdalkaii –> klinische Analyse
Einsatz von AAS
quantitative Analyse von ca 70 Elementen
klinische Analyse
biologische Materialien
forensische Analyse
Nahrungsmittel
Wasser
Mineralien
Pharmazeutika
Pflanzen/Düngemittel
Erdproben
Werkstoffe (Metalle + Ioslatoren)
Rohstoffe
Ölprodukte
Stäube
optimaler Konzentrationsbereich
Flamme: 0,1 - 10 mikrogramm/milliliter
ET-AAS: 0,01 - 0,1 mikrogramm/milliliter
–> Verdünnung von Haupt- und Nebenbestandteilen
Reproduzierbarkeit: typ 1-5 %
Richtigkeit: 1-9% (ohne systematische Fehler)
Nachweisgrenze (theroret.)
- Flammen-AAS: mikrogramm/milliliter
- ET-AAS: ng/ml
- Flammenemission: Alkali: < 1 ng/ml, Erdalkali: 1-10 ng/ml
