Spektoskopie

Question 1

Spektroskopie

Answer 1

… befasst sich mit der Charakterisierung von Materie (zB. Atomen, Molekülen, Ionen, Stoffgemischen, Prozessströme) in Bezug auf ihr Verhalten gegenüber und unter Verwendung elektromagnetischer Strahlung

Question 2

Vorteile

Answer 2

rasche Bestimmung (Keine Trennung - real life)

kleine Probenmengen

gute Reproduzierbarkeit

gute Automatisierung

Question 3

Nachteile

Answer 3

teilweise erheblicher instrumenteller Aufwand

Question 4

Bsp Anwedungen

Answer 4

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

Question 5

Absorptionsspektoskropie

Answer 5

Stoffe werden durch die Aufnahme von Strahlungen bestimmter Energie angeregt und löschen dabei spezifische Bereiche (Wellenlängen) des eingestrahlten Lichtes aus oder schwächen diese

Question 6

Emissionsspektroskopie

Answer 6

Stoffe werden durch Zufuhr von (meist thermischer) Energie angeregt und strahlen beim Verfall von diesem angeregten Zustand Licht spezifischer Bereiche (Wellenlängen) aus

Question 7

Elektromagnetische Welle

Answer 7

Fortpflanzungsgeschwindigkeit = Lichtgeschwindigkeit

= Transversalwelle, d.h. ihre Schwingung findet senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung statt

Elektromagnetische Wellen charakterisiert durch
- Wellenlänge
- Frequenz
- Amplitude

Question 8

Energieinhalt

Answer 8

Energie elektromagnetischer Strahlung ist proportional zu seiner Frequenz

Question 9

Auswirkungen auf Atome/Moleküle

Answer 9

Durch Absorption von Strahlung = Veränderung der Energiezustände des betrachteten Teilchens

Question 10

Atomisierung und Anregung

Answer 10

Bei fester Probe: Atomisierung und Anregung in einem Schritt

bei flüssiger oder gelöster Probe: Zerstäubung + Einführung in die Flamme

–> Flammenemissionspektralanalyse

Question 11

Anregung durch hv (AAS) oder thermisch (OES)

Answer 11

thermische Anregung
–> nicht selektiv
–> extremer Linienreichtum

Question 12

Anregungsgrad

Answer 12

Elementspezifisch vor allem für Metalle

–>Alkali und Erdalkali: Flamme ausreichend für Emissionsanalyse

–> Andere Elemente: Lichtbogen, Funken, Laser, ICP (inductively coupled plasma)

Question 13

Atomabsorptionsspektrometrie (AAS)
Flammen OES

Answer 13

Brenner –> Monochromator -> Detektor -> Signalverarbeitung

Question 14

Atomabsorptionsspektrometrie (AAS)
Flammen AAS

Answer 14

Quelle (elementspezifische Lampe -> selektive Anregung <-> OES
Brenner -> Monochromator -> Detektor -> Signalverarbeitung

nur quantitativ, keine qulaitative Übersicht

Question 15

AAS Probleme

Answer 15

Verunreinigung durch Reagenzien
Adsorptionsverlust (z.B. an Teflon)
Kontaminationen –> Reinraum

Question 16

AAS Probleme –> Lösungen

Answer 16

Anreicherungen (z.B. Extraktion)
detaillierte Vorschriften
Standards ähnlich der Probe

Question 17

Korrektur des Untergrundes

Answer 17

Deuterium-Lampe (200-400 nm)

Voraussetzung: kontinuierliche Untergrundabsorption über den ganzen Wellenbereich

Question 18

Atomisierung (Laminarbrenner) Forderungen

Answer 18

gleichmäßige Verteilung der Probe in der Flamme
stabile Flamme
möglichst vollständige Atomisierung
Verdampfung

Question 19

Atomisierung (Laminarbrenner) Instrumentelle Realisierung

Answer 19

Vormischkammer, Tropfenabscheider
< 10 mikro meter in Flamme [Verlust von 99 & der Probe]
Lösungsmittelverdünnung + Atomisierung

Question 20

Atomisierung (Laminarbrenner) Nachteil

Answer 20

geringe Atomisierung, geringe Verweilzeit in der Flamme –> geringe Empfindlichkeit

Question 21

Gasgemisch + Temperaturen
kompromiss

Answer 21

ja nach Matrix + Element –> optimale Flammentemperatur

Kompromiss: max Atomiserung <-> min Ionisation (Nebenreaktion unerwünscht)

Question 22

AAS Charakteristika

Answer 22

Nachweisgrenze:
Absolut; 10^-6 bis 10^-8 g
realtiv: typ einige mikrogramm7milliliter
(Im Festkörper: 0,1 bis 0,01 % wegen Verdünnung)

Question 23

Flammlose AAS - Graphitrohr AAS = Elektrochemische AAS (ET-AS) - Temperaturenprogramm

Answer 23

1) Probenaufgabe kalt (typisch: 10-20 mikroliter)

2) LM-Verdampfung

3) Veraschung (org. Bestandteile), Pyrolyse (der Matrix)

4) Atomisierung bei 500 - 2800 °C

Question 24

Flammenlose AAS - Analytische Charakteristika

Answer 24

niedrige EG: 10^-10 bis 10^-13 g absolut, ng/ml
relativ gute Reproduzierbarkeit

Question 25

Monochromator

Answer 25

Einfache Gittermonochromatoren + Filter ausreichend, aufgrund selektive Anregung –> billige Geräte

Question 26

Detektor

Answer 26

Photomultiplier für UV/VIS

Bereich: 194 nm (As) - 852 nm (Cs)

Question 27

Einsatz Flammenemission

Answer 27

Alkali, Erdalkaii –> klinische Analyse

Question 28

Einsatz von AAS

Answer 28

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

Question 29

optimaler Konzentrationsbereich

Answer 29

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