Aatomabsoptsioonspektraalanalüüs (0)

Tallinna Tehnikaülikool
Keemiainstituut
Analüütilise keemia õppetool
Aatomabsoptsioonspektraalanalüüs
Juhendaja : Jelena Gorbatšova
Tallinn 2014

Teooria

Spektroskoopia on meetod aatomite ja molekulide iseloomustamiseks nende poolt neelatud, hajutatud ja kiirgunud elektromagnetilise kiirguse põhjal.
AAS- on aatomispektromeetria meetod, mis põhineb aatomite elektronide ergastumisel valguse neeldumise toimel. Analüüdi tuvastamiseks kasutatakse ära nähtust, kus gaasifaasis olevad elemendi aatomid absorbeerivad valguskiirgust (valguskvante ehk footoneid) vaid teatud lainepikkustel. Teades, mis lainepikkustel mis element valguskiirgust neelab, on võimalik proovis olevaid elemente tuvastada. Gaasifaasi viidud aatomeid kiiritatakse kvantidega, mille tulemusel võivad nad sobiva lainepikkuse korral minna ergastatud olekusse. Neelduva kvandi energia on seotud elektronide üleminekuga aatomite energianivoodel. Mida keerulisem on elektronorbitaalide ülesehitus (suuremad elektronorbitaalid), seda rohkem on võimalusi elektronide ergastamiseks ja seega lainepikkusi, mida aatom saab elektronergastusel kasutada.
Kasutatakse metallide määramiseks ja ei reageeri erinevatele aatomi oksüdatsiooniastmetele. Vajalik on proovi eeltöötlus ja metallide lahusesse viimine.
Leek -aatomabsorbtsioonspekroskoopia instrument
Instrumendi funktsioonid

• proovi transport leeki
  
• spektraalüleminekute indutseerimine
  
• vajaliku spektrijoone isoleerimine
  
• kiirguse kasvu/kahanemise detekteerimine
  
• tulemuse esitamine
  

Leek peab võimaldama atomiseerimist ja ei tohi aatomeid ioniseerida. Leekatomisaator koosneb udustist ja põletuskambrist. Proov juhitakse pihustatuna läbi leegi , toimub ergastus . Küttegaasid juhitakse segamiskambrisse ja imetakse läbi kapillaari segistisse ka analüüsitav lahus, kus see pihustub. Leegis kõrgel temperatuuril lahus aurustub ja atomiseerub. Kiirgusallikaks on õõneskatoodlamp, kuhu on monteeritud anood ja määratavast metallist või selle sulamist valmistatud katood. Lamp on täidetud madalal rõhul oleva inertsgaasiga ning selle kütmisel pingeallikast katoodi aine aurustub, atomiseerub ja ergastub, andes antud elemendile iseloomuliku valgusspektri. Lambi poolt väljasaadetud kiirgus läbib leeki, kus määratava elemendi aatomid absorbeerivad antud kiirgust. Absorptsiooni tõttu kiirguse intensiivsus I0, väheneb intensiivsuseni I. Seost kontsentratsiooni ja absorptsiooni vahel näitab Lambert - Beeri seadus: A=log10(I0/I) = ε*c*L = -log T = - log(I/I0)
A- neelduvus , I0 -esialgne valguse intensiivsus antud lainepikkusel, I-proovi läbinud valguse intensiivsus, L-optiline teepikkus, c neelava aine kontsentratsioon, ε- neelduvustegur, T on läbipaistvus. Neelduvus on võrdeline absorptsiooni põhjustatud elemendi kontsentratsiooniga . Lineaarne sõltuvus saadakse ainult väikestel kontsentratsioonidel.
Monokromaator on spektraalriist, mis võimaldab kiirgusallika spektrist eraldada kitsaid piirkondi. Koosneb sisendpilust, kollimaatorist, mis teeb kiirguse paralleelseks, dispergeerivast elemendist (võre või prisma), mis jaotab kiirguse lainepikkiste järgi, kollimaatorist, mis koondab paralleelse kiirguse fokaaltasandisse pilu kujutistena ja väljundpilust, mis selekteerib tarviliku lainepikkusega kiirguse.
Segavad faktorid aatomspektroskoopias:

• Protsessi käigus tekkivad tahked osakesed, mis hajutavad kiirgust.
  
• Molekulaarsete osakeste esinemine leegis
  
• Spektrijooned võivad kattuda
  
• Interferentid proovis
  
• Keemilised reaktsioonid leegis, oksiidi moodustumine
  
• Ionisatsioon
  
• Proovi ja standardi viskoossuste erinevus.
  

Zn sisalduse määramine vees leek-AAS meetodil
Töö ülesanne
Määrata uuritavas vees Zn sisaldus.
Töövahendid
Mõõtkolvid
Pipetid
AA-leekspektrofotomeeter
Reaktiivid
Dest. vesi
Zn standard 100 mg/L
Töö käik
Valmistada Zn standardlahused kontsentratsiooniga 0,5, 1 ja 2 mg/L -100 mg/L lahusest.
Zn standardlahuse kontsentratsioon, mg/L
Kui lõpp lahuse ruumala on 100 mL
Kui lõpp lahuse ruumala on 50 mL
0.5
0,5
0,25
1
1
0,5
2
2
1
4
4
2
6
6
3
10
10
5
Selleks kasutada 100 mL mõõtkolbe ja pipette.
Tutvuda instrumendiga.
Alusta dest. veega, nullida instrument vajutades DATA  A/Z
Oodata kuni instrument reageerib.
Alustada tööd programmiga PARAMETR ENTRY

Reguleerida lambi voolu: Lamp Current  15mA

INTEGRATION TIME  0,1

REPLICATES  1

CALIBRATION TYPE  1 (non- linear )

AA TECHNICUE  1 (flame)

STD1  0.5 (esimese standardi kontsentratsioon mg/L)

STD2  1 (teise standardi kontsentratsioon mg/L)

STD3  2 (kolmanda standardi kontsentratsioon mg/L)

RESLOPE

LAMP CURRENT (lõpeta)
Standardite vahel lasta leegist läbi dest. vett.
Sisestada esimene standard ja vajutada CALIB. Oodata instrumendi reaktsiooni Sisestada teine standard ja vajutada CALIB. Oodata instrumendi reaktsiooni.
Sisestada kolmas standard ja vajutada CALIB. Oodata instrumendi reaktsiooni.
Sisestada proov ja vajutada READ. Oodata instrumendi reaktsiooni.
Tulemused
Kontsentratsioon, mg/l
Keskmine absorptsioon
Standardhälve
Suhteline standardhälve
0,5
0,054
0,0088
16,25%
1
0,117
0,0097
8,32%
2
0,217
0,0084
3,86%
4
0,422
0,008
1,89%
6
0,598
0,008
1,34%
10
0,846
0,0119
1,40%
Heitveeproov
0,142
0,0067
4,69%
Graafik 1. Kontsentratsiooni sõltuvus absorptsioonist.
Graafik 2. Heitveeproovi kontsentratsiooni leidmine graafiku abil.
Kasutades võõrandit y=0,1074x+0,004 leiame x, x=(0,142-0,004)/0,1074=1,28 mg/l. y=ABS ja x=C. Heitveeproovi lahjendus oli kümnekordne, seega Zn kontsentratsioon proovis on 12,8 mg/l.
M(Zn)=65 mg/mmol
0,5[mg/l]/65[mg/mmol]= 0,0077 mmol/L
mg/l
mmol/l
ppm (mg/l)
ppb (μg/l)
1 standard lahus
0,5
0,0077
0,5
500
2 standard lahus
1
0,0154
1
1000
3 standard lahus
2
0,0307
2
2000
Proov
12,8
0,1977
12,8
12800
Järeldus: Tsingi piirväärtus heitvees on 2,0 mg/l. Seega Zn sisaldus 12,8 mg/l on väga suur ja ületab normi.