SPEKTROSZKPIA Elektromgneses sugrzs (fny) minta klcsnhatsa Elektromgneses sugrzs ketts termszet: rszecsketermszet (foton tmege) hullmtermszet (interferencia)

Elektromgneses sugrzs jellemzi: Hullmhossz [nm = 10-9 m]

Frekvencia 1/s=Hz Idegysgre es hullmok szma Hullmszm - - cm-1 Hosszsgegysgre es hullmok szma

~

Sugrzs terjedsi sebessge: c =

Foton energija Planck trvny: h

chhE === ~

Monokromatikus fny: meghatrozott hullmhosszsg fny Spektrum = sznkp = hullmhossz fgv-ben brzolt analitikai jel

frekvencia.hullmhossz

Elektromgneses sugrzs tartomnyai folyamatok analitikai mdszer

Hullmhossz tartomny Folyamat Mdszer

Gamma 0,5-10 pm magtmenet Mssbauer spektr.

Rntgen X-ray 0,01-10 nm Bels elektron tmenet Rntgen spektr.

Tvoli ultraibolya

FUV 10-180 nm Vegyrtkelektronok gerjesztse Kls elektrontmenetek

AAS AES AF Molekulaabszorpcis Molekulaemisszis Lumineszcencis

Ultraibolya UV 180-350 nm

Lthat VIS 350-780 nm

Kzeli infravrs

NIR 780 2500 nm Rezgsi s forgsi tmenetek Infravrs IR 2,5-25 m Infravrs spektr.

Tvoli infravrs

FIR 25 300 m Forgsi tmenetek Tvoli infravrs sp.

Mikrohullmok 0,3 mm 1 m Elektronspin tmenetek Mikrohullm spektr.

Rdihullmok 1 300 m Magspin tmenetek Magmgneses rezonancia spektr.

Fny anyag lehetsges klcsnhatsa: Reflexi visszaverds Refrakci fnytrs Optikai forgats Fnyszrs Abszorpci fnyelnyels Emisszi fnykibocsts Fluoreszcencia Foszforeszcencia Kemilumineszcencia

Mdszerek: atomspektroszkpia (AS) s molekulaspektroszkpia

Atomspektroszkpia: atomizlst kvet elemzs Molekulaspektroszkpia: NINCS atomizls

Atomspektroszkpiai mdszerek Atomok azon tulajdonsgn alapul, hogy bizonyos fizikai krlmnyek

kztt az elemre jellemz elektromgneses sugrzst bocstanak ki,

vagy nyelnek el. Ehhez arra van szksg, hogy a mintban a

vizsgland elemet a vegyleteibl felszabadtsk, ltalban energia

bevitelvel, s gy szabad rszecskeknt tegyk hozzfrhetv.

Az elemi tmegspektrometria azt a tnyt hasznlja fel, hogy az

elektromosan tlttt rszecskk elklnthetk s detektlhatk egy

tmegspektromterben energia bevitelvel.

A Bohr fle posztultumok 1., Az atomokban az elektronok elektromgneses energia sugrzsa

nlkl tartzkodhatnak gynevezett stacionrius plykon vagy

stacionrius llapotokban. Ezek az llapotok energija nem lehet

akrmilyen, hanem csak meghatrozott diszkrt rtk.

2. Az atom akkor sugroz, amikor az eletron-llapota megvltozik, az

elektron az E1energij stacionrius llapotbl tkerl egy E2 energij

stacionrius llapotba s kzben a h = E2 - E1 sszefggsnek

megfelel frekvencij fotont nyel el ha E2 > E1, vagy a h = E1 - E2 sszefggsnek megfelel frekvencij fotont sugroz ki, ha E2 < E1.

Atomok sznkpe

Ksrlet: Az elektromos kislsek hatsra ltrejtt atomos hidrogngz sznkpe a lthat tartomnyban 4 les vonalat tartalmaz. 1 = 656 nm, 2 = 486 nm, 3 = 434 nm, 4 = 410 nm. Sznk pedig: vrs, zld, kk, ibolya. A ltszlag szablytalanul vltoz hullmhosszrtkek kiszmtsa - Jakob Balmer Balmer sorozat

Lyman-sorozat UV Paschen-sorozat Brackett-sorozat

- IR

Balmer-sorozat kplet --- mdosts Rydberg - szmthat

les, diszkrt vonalakbl ll sznkp

Szabad atomoknl vegyrtkelektronok gerjesztsbl szrmaz

elnyelt vagy kibocstott jelet ltjuk. NINCS vibrci (rezgs) s NINCS rotci (forgs)

Az szlels alapja: a szabad atomok elektrontmenete

A mdszerek a gzhalmazllapotba vitt elemek szabad atomjainak/ionjainak elektron gerjesztshez kapcsold emisszi vagy abszorpci mrsn alapulnak ltalban 190-800 nm tartomnyban. Az egyes elektrontmenetekhez tartoz elnyels csak egymshoz nagyon

kzeli energij fotonokra terjed ki VONALAS SZNKPET ad.

Az emisszis tmenetek szma nagyobb, gy nagyobb a valsznsge is, hogy az emisszis vonalak tlapolnak egymson, s ez optikai zavar hatst eredmnyez. Az abszorpcis tmenetek szma kisebb, ezrt a mdszer SZELEKTVEBB! Minsgi azonosts: alapjn Mennyisgi azonosts: intenzits (E) vagy abszorbancia (A) mrtke alapjn.

Termikus ton Lnggal Grafitkemencben Induktv csatols plazmban vkislssel Szikrakislssel

Lpsei: 1., szabad atomok ltrehozsa (atomizls), 2., kapcsolat a fnnyel, 3., jel detektls Szabad atomok ltrehozsa (sugrforrs):

Hullmhossz kivlasztsa : Monokromtor: Czerny-Turner fle (rcs) Feladata: a mrend 1 hullmhosszt vagy-tartomnyt levlasztja kivgja- a detektor eltt, s gy a detektorba mr csak az az optikai tartomny jut, amelyben mrni akarunk . Rgztett

Polikromtor : szimultn tbbfle hullmhossz detektlhat

Detektls: A technikai kivitelezsnek fggvnye, hogy hny elemet kpes egyszerre detektlni Fix kikpzs, a mrend elemeknek megfelel -ra csatornra-van belltva multielem analiztor

Monokromtor= prizma vagy rcs

Rcs felbontsa

prizma

Fehr fny

Diszperzis szg

Vrs Narancs Srga Zld Kk Lila Ibolya

FM

Tbbcsatorns detektls (Rowland kr)

Detektls:

Vjtkatd, vagy regkatd lmpa: A katd a mrend komponensbl kszl, ezrt szelektv!

Lng AA-g (lng-atomizls)

MEGVILGT FNYFORRS

ATOMFORRS: Grafitkemencs AA

Grafitkemencs atomizls

Emisszis mdszer:

Sugrforrs

minta Emittlt fny intenzitsa Monokromtor

Polikromtor

A szabad atomok/ionok/molekulk termikus elektron- gerjesztst kveten spontn foton-emisszi rvn visszajutnak alapllapotba. Az emittlt fny intenzitsa arnyos a komponens koncentrcijval. - Lngemisszis F-OES (nagy konc. gond nabszorpci) - Szikraspektrometris Spark-OES - Induktvcsatols plazma emisszis ICP-OES

Az atom- s optikai emisszis spektroszkpiban (AES s OES), az atomizlt mintt henergia hozza ltre, amely kpes az atomokat gerjesztett llapotba hozni, st ionizlni is. Nhny alacsony ionizcis potencil elemnl, pldul az alklifmeknl vagy az alkli-fldfmeknl egy nagyon forr lng (lng AES) is elegend erre a clra.

ICP - az energia egy induktvan csatolt plazmban keletkezik, s vivdik t az analit elemekre. A magas, 6000 K feletti hmrsklet elprologtatja s elhamvasztja a minta sszetevit, s az atomokat gerjesztett vagy ionos llapotra hozza. Az ebbl a nagyon rvid let, nagyenergij llapotbl trtn relaxci sorn elem-specifikus sugrzs emittldik. A sugrzs hullmhossza az egyes elemekre jellemz, az intenzitsa pedig az elemnek a mintaoldatban lv koncentrcijval arnyos. gy lehetsg van akr 70 elem egyidej meghatrozsra is. Az ICP-OES detektlsi kapacitsa a rosszabb lng-AAS, s a jobb grafitkemence-AAS kztt van. A mdszer nagy elnye a nagyon gyors s a zavarsra nem rzkeny tbbelem-meghatrozs.

Abszorpcis mdszer:

A szabad atomok/ionok/molekulk termikus elektron- gerjesztssel magasabb energiallapotba jutnak. Az abszorbelt fny intenzitsa arnyos a komponens koncentrcijval. - Lng-atomabszorpcis F-AAS - Grafitkemencs GF-AAS - Higany atomabszorpcis CV-Hg-AAS - Hidrid atomabszorpcis Hydride-AAS

atomforrs (lng, grafitkemence)

megvilgt fnyforrs

minta

porlaszts monokromtor

detektor

vjtkatd, vagy regkatd lmpa

alapsszefggse Lambert-Beer trvny:

Emisszi I = k.c.l Abszorpci A = .c.l

I = intenzits A = abszorbancia k= arnyossgi tnyez = molris abszorpcis koefficiens ( fgg!) l= optikai thossz

hullmhosszfgg, rtke azt mutatja meg, hogy 1 cm-es optikai thossz esetn a meghatrozni kvnt komponenst 1 mol/dm3 koncentrciban tartalmaz oldatnak mekkora az abszorbancija. rtke alapjn kvetkeztetni lehet a mdszer rzkenysgre. monokromatikus fny (=ll.)

Mennyisgi meghatrozs a spektroszkpiban

- Lngemisszis F-OES elssorban alklifmek - Szikraspektrometris Spark-OES - Induktvcsatols plazma emisszis ICP-OES A peridusos rendszer: fmek, nem fmek. Kiv: nemesgzok, N, O, Tc, radioaktv elemek (Ra, Fr, Ac) - Lng-atomabszorpcis F-AAS - Grafitkemencs GF-AAS - Higany atomabszorpcis CV-Hg-AAS Hg meghatrozs - Hidrid atomabszorpcis Hydride-AAS kovalens hidridek : Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se

Mire hasznljuk?

Nem illkony fmek

Molekulaspektroszkpia Abszorpcis mdszer, mert az emisszihoz akkora E-t kellene a mintn tbocstani, hogy atomizln. Spektrum: A minta abszorbancija a hullmhossz fggvnyben Alkalmazsi terlete: folyadkok UV, VIS, NIR Mennyisgi kirtkels: Kalibrci, Lambert-Beer trvny

UV tartomny: tvoli: 10-190 nm, kzeli: 190-380 nm Lthat tartomny: 380-780/800 nm

Infravrs tartomny: NIR - 800 nm 2500 nm MIR 2,5 m 25 m FIR - 25 m 1 mm

Ibolya: 400 - 420 nm Srga: 570 - 585 nm Lila: 420 - 440 nm Narancs: 585 - 620 nm Kk: 440 - 490 nm Vrs: 620 - 780 nm Zld: 490 - 570 nm

Eforgsi

Sugrzs s a minta klcsnhatsnak eredmnye:

Sugrzs hatsra a molekulk ktseinek elektronjai, illetve a molekula egyes atomjaihoz (pldul: O, N, S, P, halognek) tartoz magnyos elektronpr egyik elektronjnak gerjesztse kvetkezhet be. Az elektrontmenettel egyidejleg szmos rezgsi, illetve forgsi tmenet is gerjesztdik.

Az elektrongerjesztsben rszt vev, knnyen gerjeszthet elektront tartalmaz atomcsoportot kromofroknak nevezzk. Az auxokrm csoportok nmagukban jl detektlhat sugrzst nem abszorbelnak, de a kromofr csoportokkal klcsnhatsba lpve (pldul: induktv, mezomer s sztrikus effektus) megvltoztatjk azok abszorpcis hullmhosszt: - hullmhossz nvekedse: batokrm eltolds, - hullmhossz cskkense: hipszokrm eltolds, vagy az abszorpcis sv intenzitst: - abszorbancia nvekedse: hiperkrm eltolds, - abszorbancia cskkense: hipokrm eltolds

Aszkorbinsav spektruma az UV tartomnyban

0 0.2 0.4 0.6 0.8

1 1.2 1.4 1.6

200 220 240 260 280

Hullmhossz (nm)

Abs

zorb

anci

a

Abs

zorb

anci

a Kondenzlt gyrs sznhidrognek UV spektruma

kvettk

monokromtor rzkel, detektor kirtkels

Kt sugaras: vak

minta fnyforrs

fny- szaggat

tkrk

UV/VIS Spektrofotomter felptse (ltalnossgban): Fnyforrs mintatart (kvetta) monokromtor rzkel, detektor

(prizma vagy rcs) Egy sugaras:

fnyforrs

kvetta

monokromtor rzkel, detektor

kirtkels kvarc-jodid, W = VIS deutrium = UV

rs

Manyag kvettk 10 mm- (szktett s hagyomnyos)

=320-750 nm

veg s kvarc kvettk 10 mm-es

Q Q, sz

tfoly

zrhat

NIR technika Kzeli IR tartomnyban mkdik: 800 1000 nm 2500 nm NIR(R)= reflexis= 1100 2500 nm NIR(T)= transzmisszis=800 1100 nm Az elektron rezgsi s forgsi tmenetei gerjesztdnek. Csak szerves diplus molekulk vizsglata lehetsges, mert ezeknek van elnyelse ebben a tartomnyban: C-X (X: H, O, S, P, N) vagy H-Y (Y: N, S, P) ktsek

Minta: szilrd, folyadk, gz

800 850 900 950 1000 1050 1100

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

Hullmhossz, nm

Abs

zorb

anci

a (lo

g1/T

)

800 850 900 950 1000 1050 1100

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

Hullmhossz, nm

Abs

zorb

anci

a (lo

g1/T

)

800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Hull mhossz, nm

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

Abs

zorb

anci

a (lo

g 1/

R)

800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Hull mhossz, nm

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

SPEKTROSZKPIAI MDSZEREK ALKALMAZHATSGA

AAS s AES mdszerek: - elemanalitika

Molekulaspektroszkpiai mdszerek:

- szerves alkotk meghatrozsa

- szervetlen alkotk meghatrozsa

- fkomponens: zsr, fehrje, sznhidrt, szrazanyag, rost stb. - NIR

UV, VIS

Slide Number 1Slide Number 2Slide Number 3Slide Number 4Slide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8Slide Number 9Slide Number 10Slide Number 11Slide Number 12Slide Number 13Slide Number 14Slide Number 15Slide Number 16Slide Number 17Slide Number 18Slide Number 19Slide Number 20Slide Number 21Slide Number 22Slide Number 23Slide Number 24Slide Number 25Slide Number 26Slide Number 27Slide Number 28Slide Number 29Slide Number 30