ZNACZENIE ATOMOWEJ SPEKTROSKOPII ABSORPCYJNEJ W MINERALOGII I GEOCHEMII



Podobne dokumenty
Metody spektroskopowe:

SPEKTROSKOPIA SPEKTROMETRIA

Problemy z korygowaniem tła w technice absorpcyjnej spektrometrii atomowej

Nowoczesne metody analizy pierwiastków

Techniki atomowej spektroskopii absorpcyjnej (AAS) i możliwości ich zastosowania do analizy próbek środowiskowych i geologicznych

PODSTAWY LABORATORIUM PRZEMYSŁOWEGO. ĆWICZENIE 3a

Atomowa spektrometria absorpcyjna i emisyjna

Efekty interferencyjne w atomowej spektrometrii absorpcyjnej

Spektrofotometria ( SPF I, SPF II ) Spektralna analiza emisyjna ( S ) Fotometria Płomieniowa ( FP )

CHEMIA ŚRODOWISKA. MOBILNOŚĆ JONÓW METALI W GLEBIE SYMULACJA WYMYWANIA PRZEZ DESZCZE O RÓŻNYM ph

Deuterowa korekcja tła w praktyce

LABORATORIUM SPEKTRALNEJ ANALIZY CHEMICZNEJ (L-6)

Spektrometr AAS 9000

12. WYBRANE METODY STOSOWANE W ANALIZACH GEOCHEMICZNYCH. Atomowa spektroskopia absorpcyjna

Oznaczanie Mg, Ca i Zn we włosach techniką atomowej spektrometrii absorpcyjnej z atomizacją w płomieniu (FAAS)

Aparatura w absorpcyjnej spektrometrii atomowej

ABSORPCYJNA SPEKTROMETRIA ATOMOWA ( AAS )

ANALIZA INSTRUMENTALNA

METODY ABSORPCYJNE CHEMIA ANALITYCZNA SPEKTROFOTOMETRIA UV-VIS I I. II prawo absorpcji (prawo Bouguera-Lamberta-Beera, 1852)

a. ph, zawartości makroskładników (P, K, Mg) w 899 próbkach gleby, b. zawartości metali ciężkich (Pb, Cd, Zn, Cu, Ni i Cr ) w 12 próbkach gleby,

CHEMIA. Wymagania szczegółowe. Wymagania ogólne

SPEKTROSKOPIA ATOMOWA ATOMOWA SPEKTROMETRIA ABSORPCYJNA ATOMOWA SPEKTROMETRIA EMISYJNA FLUORESCENCJA ATOMOWA ATOMOWA SPEKTROMETRIA MAS

a. ph, zawartości makroskładników (P, K, Mg) w 700 próbkach gleby, b. zawartości metali ciężkich (Pb, Cd, Zn, Cu, Ni i Cr ) w 10 próbkach gleby,

a. ph, zawartości makroskładników (P, K, Mg) w 956 próbkach gleby, b. zawartości metali ciężkich (Pb, Cd, Zn, Cu, Ni i Cr ) w 14 próbkach gleby,

Metodyki referencyjne

Oznaczanie zawartości rtęci całkowitej w tkankach kormorana czarnego i wybranych gatunków ryb z zastosowaniem techniki CVAAS

Nazwy pierwiastków: ...

PRZEDMIOT ZLECENIA. Odebrano z terenu powiatu Raciborskiego próbki gleby i wykonano w Gminie Kornowac:

PRZEDMIOT ZLECENIA :

2. Metody, których podstawą są widma atomowe 32

OZNACZANIE ŻELAZA METODĄ SPEKTROFOTOMETRII UV/VIS

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 950

Metale we frakcjach pyłu

OCENA WYNIKÓW BADAŃ W GMINIE KUŹNIA RACIBORSKA. gleba lekka szt./ % 455/2200 0/0 119/26 53/12 280/61 3/1

Szczegółowy opis treści programowych obowiązujących na etapie szkolnym konkursu przedmiotowego z chemii 2018/2019

"Metale ciężkie w osadzie z wiejskiej oczyszczalni ścieków i kompoście - ocena przydatności do rolniczego wykorzystania"

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych

Techniki analityczne. Podział technik analitycznych. Metody spektroskopowe. Spektroskopia elektronowa

Fizyko-chemiczne badania. w zabytkach rękopiśmiennych

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 797

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 274

ATOMOWA SPEKTROMETRIA ABSORPCYJNA (ASA)

Wpływ niektórych czynników na skład chemiczny ziarna pszenicy jarej

Konkurs przedmiotowy z chemii dla uczniów gimnazjów 13 stycznia 2017 r. zawody II stopnia (rejonowe)

ABSORPCYJNA SPEKTROMETRIA ATOMOWA

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 274

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 1661

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 277

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 797

Strona1. Wydział Chemii Prof. dr hab. Danuta Barałkiewicz.

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA 1) z dnia 13 lipca 2010 r. w sprawie komunalnych osadów ściekowych2), 3)

SPEKTROMETRIA ATOMOWA

VI Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2013/2014

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA 1) z dnia 13 lipca 2010 r. w sprawie komunalnych osadów ściekowych. (Dz. U. z dnia 29 lipca 2010 r.

Spektrometr XRF THICK 800A

Problemy oznaczania pierwiastków w osadach i glebie Marcin Niemiec, Jacek Antonkiewicz, Małgorzata Koncewicz-Baran, Jerzy Wieczorek

Analiza ilościowa Mg, Zn i Cu metodą ASA w próbkach osocza krwi optymalizacja parametrów oznaczania

THICK 800A DO POMIARU GRUBOŚCI POWŁOK. THICK 800A spektrometr XRF do szybkich, nieniszczących pomiarów grubości powłok i ich składu.

Część I. TEST WYBORU 18 punktów

WYKRYWANIE ZANIECZYSZCZEŃ WODY POWIERZA I GLEBY

Kryteria oceniania z chemii kl VII

OZNACZANIE WAPNIA I MAGNEZU W PRÓBCE WINA METODĄ ATOMOWEJ SPEKTROMETRII ABSORPCYJNEJ Z ATOMIZACJA W PŁOMIENIU

ABSORPCYJNA SPEKTROMETRIA ATOMOWA (AAS) - INTERFERENCJE

Jonizacja plazmą wzbudzaną indukcyjnie (ICP)

BADANIE SPECJACJI WAPNIA I MAGNEZU W GLEBIE

Źródła błędów i ich eliminacja w technice ICP.

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 769

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 1186

KONKURS CHEMICZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW

Zadanie 1. [ 3 pkt.] Uzupełnij zdania, wpisując brakującą informację z odpowiednimi jednostkami.

Wymagania przedmiotowe do podstawy programowej - chemia klasa 7

Elektrochemia - szereg elektrochemiczny metali. Zadania

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 277

Miedź i jej związki. metoda oznaczania UWAGI WSTĘPNE

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 274

Procesy biotransformacji

WYKAZ METOD BADAWCZYCH w WBJ-2 (emisja, imisja)

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 1401

10,10 do doradztwa nawozowego 0-60 cm /2 próbki/ ,20 Badanie azotu mineralnego 0-90 cm. 26,80 C /+ Egner/

Spektrometr ICP-AES 2000

WOJEWÓDZKI KONKURS CHEMICZNY

Cel główny: Uczeń posiada umiejętność czytania tekstów kultury ze zrozumieniem

Ślesin Zastosowanie nebulizerów ultradźwiękowych NOVA-1 i NOVAduo

WYKAZ METOD BADAWCZYCH w WBJ-2 (emisja, imisja)

Temat 1: Budowa atomu zadania

TEMAT ĆWICZENIA: OZNACZANIE CYNKU W WODZIE WODOCIĄGOWEJ

METODY PRZYGOTOWANIA PRÓBEK DO POMIARU STOSUNKÓW IZOTOPOWYCH PIERWIASTKÓW LEKKICH. Spektrometry IRMS akceptują tylko próbki w postaci gazowej!

Wodorotlenek sodu. metoda oznaczania UWAGI WSTĘPNE

WYKAZ METOD BADAWCZYCH w WBJ-2 (emisja, imisja)

WYKAZ METOD BADAWCZYCH w WBJ-2 (woda, ścieki) 1 Woda, ścieki ph potencjometryczna PN-EN ISO 10523:2012 RF1, RF2 A (JK-2,JS-2)

Fizykochemiczne metody w kryminalistyce. Wykład 7

Widmo promieniowania

ANALITYKA W KONTROLI JAKOŚCI

Metody badań składu chemicznego

KONKURS CHEMICZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW. Eliminacje rejonowe II stopień

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 1432

chrom, związki chromu, metoda analityczna, narażenie zawodowe. chromium, chromium compounds, analytical method, occupational exposure.

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 888

Sole. 2. Zaznacz reszty kwasowe w poniższych solach oraz wartościowości reszt kwasowych: CaBr 2 Na 2 SO 4

Transkrypt:

ZNACZENIE ATOMOWEJ SPEKTROSKOPII ABSORPCYJNEJ W MINERALOGII I GEOCHEMII 1

Technika Atomowej Spektroskopii Absorpcyjnej jest ilościową, bardzo czułą metodą analityczną umożliwiającą oznaczenie w roztworach wodnych zawartości różnych pierwiastków, zwłaszcza metali. Wykorzystuje się tutaj absorpcję promieniowania elektromagnetycznego przez atomy, co powoduje przejście elektronu walencyjnego z poziomu podstawowego na poziom wzbudzony. Emisja promieniowania jest związana z przejściem elektronu z poziomu wzbudzonego na poziom podstawowy. Efektem absorpcji i emisji jest powstanie linii widmowych. Pomiar tych linii daje nam możliwość oznaczenia ilości danego pierwiastka w próbce (Fig. 1). Fig. 1. Procesy wzbudzenia i rozpadu (źródło: http://csep10.phys.utk.edu/astr162/lect/light/bohr.html) Najniższy poziom, na który może być przeniesiony elektron ze stanu podstawowego nazywa się poziomem rezonansowym a odpowiadająca mu linia spektralna nazywa się linią rezonansową. Im wyższa energia jest dostarczana do atomu, tym elektrony są wzbudzane na wyższe poziomy i tym większą liczbę linii spektralnych możemy obserwować w widmie [1][2][3]. Miarą zawartości oznaczanego pierwiastka jest wielkość zaabsorbowanego przez niego promieniowania. Budowa Atomowego Spektrometru Absorpcyjnego: Źródło promieniowania charakterystycznego (lampa) Atomizer (umożliwia wytworzenie gazu atomowego, powoduje oddzielenie od innych pierwiastków i przejście pierwiastków na poziom atomowy) Monochromator (np. siatka dyfrakcyjna; wydzielana jest tylko jedna linia rezonansowa dla żądanego pierwiastka) Detektor (fotopowielacz) Wzmacniacz Wskaźnik, komputer 2

W spektroskopii atomowej stosuje się specjalne lampy zawierające atomy, które są pobudzane do emisji promieniowania oznaczanego pierwiastka. Każdy pierwiastek musi być analizowany osobno przy użyciu innego rodzaju lampy. Wymiennie stosuje się: Lampa z katodą wnękową (HCL) lampa z wyładowaniem elektrodowym, zawiera katodę i anodę; katoda zbudowana jest z pierwiastka analizowanego; Lampa z wyładowaniem bezelektrodowym (EDL) brak katody, materiał sproszkowany zbudowany z oznaczanego pierwiastka; stosuje się do oznaczania pierwiastków, które trudno wzbudzić (o wysokim potencjale wzbudzenia). Wywołanie efektu absorpcji atomowej wymaga atomizacji próbki, czyli jej odparowania i dysocjacji cząsteczek na atomy. Próbka przechodzi do roztworu a później do gazu atomowego. Przejście od roztworu do gazu atomowego składa się z dwóch etapów: 1) Nebulizacji rozproszenie analizowanego roztworu w mgłę i przeprowadzenie jej w sposób jednorodny do płomienia 2) Atomizacji zachodzi w płomieniach palnika, do którego doprowadza się gaz utleniający (powietrze, tlen lub podtlenek azotu), gaz palny (acetylen, propan butan) i roztwór analizowanej substancji w postaci aerozolu. Zadaniem monochromatora jest eliminacja promieniowania własnego płomienia i wycięcie linii rezonansowej z promieniowania emitowanego przez lampę z katodą wnękową (źródła promieniowania liniowego). Spektrometry działają w zakresie fal od 193,7 do 852,1 nm. Detektor (fotopowielacz) jest odpowiedzialny za pomiar natężenia promieniowania. Wytworzony w fotopowielaczu sygnał zostaje wzmocniony i w postaci analogowej wysyłany jest do komputera [1][2][3]. Metoda AAS jest typową metodą porównawczą, dlatego metodyka oznaczeń jest oparta na trzech znanych sposobach kalibracji: metodzie krzywej wzorcowej; metodzie dodawania wzorca; metodzie wzorca wewnętrznego [3]. Metodą Atomowej Spektroskopii Absorpcyjnej można oznaczyć około 70 pierwiastków. Służy ona przede wszystkim do wyznaczania pierwiastków śladowych i składników pobocznych. Jest to technika stosowana w laboratoriach geologicznych, metalurgicznych, medycznych, rolniczych oraz ochrony środowiska [3]. Na podstawie wprowadzenia analitu i rodzaju atomizera można wyróżnić: FAAS (flame atomic absorption spectrometry) atomowa spektrometria absorpcyjna z atomizacją w płomieniu, ETAAS (electrothermal atomic absorption spectrometry) atomowa spektrometria absorpcyjna z atomizacją elektrotermiczną, CVAAS (cold vapour absorption spectrometry) technika zimnych par w atomowej spektrometrii absorpcyjnej [7]. 3

Atomowa spektrometria absorpcyjna z atomizacją w płomieniu posłużyła między innymi badaniom oznaczenia obecności kadmu, miedzi oraz ołowiu w wodzie morskiej oraz wodzie mineralnej. Ze względu na niskie zawartości jonów metali w wodzie morskiej i mineralnej trudnym zadaniem jest bezpośrednie oznaczenie tychże metali. Stymulacja zawartością jonów chloru Cl - oraz siarczanowych SO 2-3 w roztworach podczas badań wskazała, iż ilość tychże jonów nie ma wpływu na końcowe wyniki oznaczeń metali. Czynnikami istotnymi były odczyn ph roztworu (regulowany zawartością Na 2 CO 3 ), oraz czas wirowania roztworu. Najlepsze wyniki otrzymano przy odczynie równym 7 oraz czasie wirowania równym co najmniej 20 minut [4]. Naukowcy Instytutu Chemii Uniwersytetu Świętych Cyryla i Metodego w Macedonii przeprowadzili badania pierwiastków śladowych (Mn, Zn, Co, Ni, Cr, Pb) w minerałach żelazowych, takich jak hematyt (Fe 2 O 3 ), syderyt (FeCO 3 ), piryt i markasyt (FeS 2 ) przy wykorzystaniu atomowej spektrometrii absorpcyjnej z atomizacją w płomieniu (FAAS) oraz atomizacją elektrotermiczną (ETAAS). Żelazo wyekstrahowano octanem izoamylu, co miało na celu zapobiegnięcie interferencji tegoż pierwiastka, który jest składnikiem głównym wchodzącym w skład badanych minerałów. Przede wszystkim problem ten dotyczył spektrometrii ETAAS. Brak zakłóceń w proporcjach masowych pierwiastków śladowych, które są podobne do tych w badanych minerałach, oznacza, że zawartości cynku i manganu mogą być ustalane bezpośrednio z roztworu otrzymanego przez rozpuszczenie minerałów lub po ekstrakcji żelaza. Pomiar zawartości tych dwóch pierwiastków w minerałach żelaza poddano analizie spektrometrii płomieniowej. W wysokich koncentracjach żelazo powoduje spadek absorbancji kobaltu, chromu i ołowiu oraz wzrost absorbancji niklu a tym samym wpływa na jakość pomiaru metodami ASA. Takie zakłócenia powstają ze względu na dużą ilość żelaza w grafitowej tubie uniemożliwiając pełną atomizację pierwiastków takich jak kobalt, chrom, ołów lub poprzez nakładające się linie rezonansu niklu osiągającego atomowe widmo żelaza [5]. Atomowa Spektroskopia Absorpcyjna, a dokładniej technika zimnych par w atomowej spektrometrii absorpcyjnej (CVAAS), jest popularną metodą wykorzystywaną między innymi do analizy rtęci. Rtęć jest unikalnym metalem, który osiąga bardzo wysokie ciśnienie parowe w stosunkowo niskich temperaturach. Może zatem bez trudności być wprowadzanym do spektrometru w postaci par. Przy użyciu lamp rtęciowych zarejestrowano absorpcję w zakresie światła ultrafioletowego. Metodą, która pozwala uwolnić rtęć z wodnych próbek jest redukcja, użyciem takich reduktorów jak jony Sn 2+, NaBH 4 czy Cr(II). Istotnym problemem, wymagającym eliminacji, jest zachodząca interferencja podczas wyznaczania rtęci w próbkach organicznych. Tym bardziej jest to ważne w przypadku próbek, których kompletna dekompozycja nie zachodzi nawet w wyniku działania silnych kwasów. Obecnie stosuje się dwie metody zapobiegające temu zjawisku: (1) Metoda połączenia złota do oczyszczenia pary rtęciowej polega na selektywnej absorpcji rtęci na powierzchni złota w temperaturze pokojowej. Po tym, jak organiczny gaz jest oczyszczony z rtęci, zostaje ona 4

uwolniona ze złotego włókna poprzez podgrzewanie a następnie wprowadzania do spektrometru; (2) Drugim sposobem jest metoda optycznej korekcji tła, która służy eliminowaniu zjawiska molekularnej absorpcji przez gazy organiczne. Owe metody są niezbędne do atomizacji elektrotermicznej lub bezpłomieniowej atomowej spektrometrii absorpcyjnej, szczególnie w sytuacjach gdy próbki podlegają uprzednio pirolizie. Metoda ta stosowana jest dla próbek proszkowych [3][8]. Jakkolwiek metoda Atomowej Spektroskopii Absorpcyjnej posłużyła badaniom wtrąceń metali w strukturach minerałów to jednak jest kojarzona przede wszystkim w badaniach oznaczeń środowiskowych takich jak na przykład badania rozmieszczenia metali ciężkich w glebach czy wodach. Takim badaniom poddano między innymi próbki gleb przeznaczonych pod grunty rolne na terenie Unii Europejskiej. Badaniom reprezentatywnym poddano państwa: Austria, Belgia, Czechy, Finlandia, Niemcy, Irlandia, Włochy. Otrzymane przez autorów raportu rozmieszczenia koncentracji kadmu i miedzi przedstawiono na figurach 3 i 4 [6]. Fig. 3. Rozmieszczenie Cd (źródło: Langenkamp et al., 2001) Fig. 4. Rozmieszczenie Cu (źródło: Langenkamp et al., 2001) 5

Atomowa Spektroskopia Absorpcyjna jest najczęściej stosowaną techniką spektrometryczną do oznaczania pierwiastków śladowych w próbkach środowiskowych i geochemicznych. Znalazła również swoje zastosowanie w badaniu wtrąceń metali ciężkich w minerałach, oraz odgrywa szczególną rolę w oznaczaniu rtęci. Metoda zimnych par CVAAS stosowana jest również do analizy gazów [3]. Jakkolwiek jest to technika bardzo przydatna w wielu dziedzinach nauki to zaliczana jest do technik destrukcyjnych. Próbki stałe rozpuszcza się przy użyciu często bardzo silnych gazów i wówczas roztwory zawierające badany pierwiastek mogą podlegać badaniom[1]. Dlatego też w zakresie geologii metoda ta częściej wykorzystywana jest w zagadnieniach środowiskowych aniżeli na przykład w szczegółowych badaniach mineralogicznych, w których to najczęściej dysponuje się niewielką, ograniczoną ilością analizowanego materiału. LITERATURA 1. Szalay Luca: Atomic Absorption Spectrophotometry (AAS); Petrik Lajos Vocational School for Chemistry, Environmental Sciences and Information Technology, Budapest, Hungary 2. http://www.wisegeek.com/what-is-atomic-absorption-spectroscopy.htm 3. Atomowa Spektroskopia Absorpcyjna; Uniwersytet Gdański, Wydział Chemii, Katedra Analizy Środowiska (2007) 4. Güleren Döner, Aslı Ege (2004): DETERMINATION OF COPPER, CADMIUM AND LEAD IN SEAWATER AND MINERAL WATER BY FLAME ATOMIC ABSORPTION SPECTROMETRY AFTER COPRECIPITATION WITH ALUMINUM HYDROXIDE; Proceedings Book 104 5. Trajče STAFILOV, Dragica ZENDELOVSKA (2002): Determination of Trace Elements in Iron Minerals by Atomic Absorption Spectrometry; Turk J Chem 26, 271-280 6. Langenkamp H., Düwel O., Utermann J., (2001): Trace Element and Organic Matter Contents of European Soils; Joint Research Centre Institute for Environment and Sustainability Soil and Waste Unit, Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe 7. Ewa Bulska, Agnieszka Krata: Instrumentalne metody spektralne stosowane w analizie próbek środowiskowych; Wydział Chemii, Uniwersytet Warszawski 8. Masatoshi Morita, Jun Yoshinaga, John S. Edmonst (1998): The determination of mercury species in environmental and biological samples; Pure & Appl. Chem., Vol. 70, No. 8, pp. 1585-1615 9. http://csep10.phys.utk.edu/astr162/lect/light/bohr.html 6

STRESZCZENIE Atomowa Spektroskopia Absorpcyjna stała się jedną z głównych oraz najważniejszych technik stosowanych w laboratoriach medycznych, ochrony środowiska, analiz żywności, geochemicznych i biologicznych. Analizom ilościowym danych pierwiastków poddaje się często próbki krwi i moczu, nawozów, wód, gleb, minerałów siarczkowych czy żelazowych, a także w stopach aluminiowych i magnezowych a niekiedy nawet i mleka czy wina. Metoda ta znajduje zastosowanie głównie w zagadnieniach środowiskowych takich jak badanie poziomu skażenia i zanieczyszczenia gleb czy wód. W analizach chemicznych minerałów obecnie lepiej sprawdzają się metody takie jak analiza chemiczna w mikroobszarze z wykorzystaniem na przykład mikrosondy elektronowej lub metody ICP połączone z przeprowadzeniem próbki do postaci aerozolu za pomocą ablacji laserowej. Należy jednak pamiętać, że metody absorpcyjnej spektroskopii atomowej są metodami stosunkowo tanimi i dodatkowo szeroko rozpowszechnionymi ze względu na wysoką dostępność tego typu spektrometrów w laboratoriach środowiskowych. SŁOWA KLUCZE Atomowa Spektroskopia Absorpcyjna, AAS, ASA, ochrona środowiska, metale ciężkie, pierwiastki śladowe, minerał 7