Adatgyűjtés, mérési alapok, a

(1)

1

Adatgyűjtés, mérési alapok, a

környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI MÉRNÖKI MSc

Gazdálkodási modul

Gazdaságtudományi ismeretek I. Közgazdaságtan

KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI MÉRNÖKI MSc TERMÉSZETVÉDELMI MÉRNÖKI MSc

Tudományos kutatásmódszertani, elemzési és közlési ismeretek modul

(2)

2

Atomabszorpciós spektroszkópia

80. Lecke

(3)

3

Atomspektroszkópiás módszerek

• Az atomspektroszkópiás módszerek 70-80 elem minőségi és nagy analitikai érzékenységű mennyiségi meghatározására alkalmas műszeres analitikai eljárások.

• Közös bennük, hogy a mintában jelenlevő vizsgálni kívánt elemet szabad atomokká alakítjuk. A szabad atomok létrehozhatók

különböző hőmérsékletű lángokkal, elektromos ívvel, szikrával, egyenáramú, induktív vagy kapacitív csatolású plazmával illetve nagy hőmérsékletű grafitcsőben.

• Aszerint, hogy a szabad atomok minőségéről és mennyiségéről hogyan szerzünk adatokat, beszélünk

– atomemissziós (AES),

– atomabszorpciós (AAS) és

– atomfluoreszcens (AFS) módszerekről.

http://www.tankonyvtar.hu/kemia/atomabszorpcios-080904-6

(4)

4

A mérés elve

• Az atomemissziós spektrometriában termikus vagy elektromos energia segítségével a vizsgált elem gerjesztett atomjait (gerjesztet ionjait) állítjuk elő. E

gerjesztett atomok által kisugárzott fény színképéből a jellemző hullámhosszak alapján állapítjuk meg az adott elem minőségét (minőségi elemzés). Az elem adott

hullámhosszúságú színképvonalának relatív

intenzitásából (I_rel) pedig annak (c) koncentrációját

határozzuk meg (mennyiségi elemzés). A mért jel és a koncentráció közötti általános összefüggést a Scheibe- Lomakin egyenlet írja le, ahol K állandó, n pedig

anyagszerkezeti tényező, amelynek az értéke 0.5 – 1.5 közé esik.

I

_rel

= Kc

ⁿ

(5)

5

Atomabszorpciós spektrometria

• Az atomabszorpciós spektrometriában a

vizsgálandó elemet elsősorban termikus energia alkalmazásával alapállapotú szabad atomokká alakítjuk.

• Az így létrehozott atomgőzön a vizsgálandó elemre jellemző hosszúságú fénynyalábot

bocsátunk keresztül és mérjük a fényintenzitás csökkenését, amely a későbbiekben részletezett módon, a Lambert-Beer törvény alapján

egyértelmű kapcsolatban áll a fényelnyelést okozó atomok koncentrációjával.

(6)

6

Atomfluoreszcens spektrometria

• Az atomfluoreszcens spektrometriában ugyancsak alapállapotú szabad atomokat állítunk elő.

• Ezeket az atomokat azonban a vizsgált elemre jellemző hullámhosszúságú fénnyel gerjesztjük, majd e fénnyel gerjesztett atomok által

kibocsátott fluoreszcens fény relatív intenzitását (IF) mérjük, amely az alábbi egyenlet szerint

arányos az adott elem c koncentrációjával.

(7)

7

Fluoreszcens fény relatív intenzitása (IF)

I_o- a megvilágító fény intenzitása ω - a gerjesztő fénynyaláb átmérője a - abszorpciós együttható

c - a vizsgált elem térfogategységben levő alapállapotú atomjainak a száma

l - az abszorbeálódó fénynyaláb úthossza az atomizáló térben

φ - fluoreszcens hatásfok

Ω - az a térszög, amelyen belül a fluoreszcens fény detektálása történik

(8)

8

Az atom szerkezete és az atomszínképek keletkezése

• Annak idején az elemek emissziós atomszínképe jelentette az alapot az atomok elektronszerkezetének megfejtéséhez, az elektronhéjak felépítéséhez.

• A Bohr-féle atommodell szerint az elektronok a nekik megfelelő alappályákon fény kibocsátás nélkül keringenek. Az ilyen

energiaállapotú atomok tekinthetők alapállapotúaknak. Ha legalább egy elektron magasabb elektronpályára kerül, majd onnan egy

alacsonyabbra, vagy az alappályára visszalép, a pályák közötti energiakülönbségnek megfelelő energiájú (rezgésszámú,

hullámhosszúságú) fotont, fotonokat bocsát ki.

• Bármelyik pályáról bármelyikre lép vissza az elektron, az mindig egy adott hullámhosszúságú színképvonal keletkezésével jár.

(9)

9

A Hidrogén atom emissziós színképe az ultraibolya tartományban

(10)

10

Rydberg-állandó

• Legegyszerűbb a hidrogén színképe, a látható

tartományban mindössze négy vonallal jelenik meg, de az ultraibolya tartományban a sorozat további, egyre sűrűsödő vonalai figyelhetők meg.

• 1885-ben Balmer felfedezte, hogy az alábbi képlettel a vonalak ν* hullámszámai igen pontosan kifejezhetők.

ahol R = 109 678 cm─1 és n = 3, 4, 5,…… ∞. Az R állandót (a svéd fizikus neve után) Rydberg-állandónak nevezzük

(11)

11

H színképszériák

A hidrogén színképének későbbi, részletesebb

tanulmányozása a távoli ultraibolya és az infravörös tartományban további színképszériák felfedezéséhez

vezetett. Ezeket a szériákat felfedezőikről Lyman-, Paschen- , Bracket- és Pfund-szériának nevezték el. Utóbbi sorozatok hullámszámának kiszámításához az összefüggést annyiban kell változtatni, hogy az első tagban a 22 helyett 12, 32, 42, 52 értékeket kell helyettesíteni. Így a hidrogén spektrumát kifejező általános képlet:

Az n>m. Az m számok (1–5) azt fejezik ki, hogy az adott szériánál az elektron bármely magasabb pályáról melyik pályára ugrik vissza. A Balmer-szériánál, például, mindig a 2. pályára. Mint látható, a legegyszerűbb atom is nagyszámú színképvonallal jellemezhető

(12)

12

A hidrogén elektronszintjeinek Grotrian diagramja

(13)

13

A nátriumatom elektronszintjeinek Grotrian diagramja

(14)

14

Kérdések a leckéhez

• Atomspektroszkópiás módszerek

• A mérés elve

• Az atom szerkezete és az atomszínképek keletkezése

(15)

15

Adatgyűjtés, mérési alapok, a