INSTRUMENTALNE METODE

Transcription

1 INSTRUMENTALNE METODE Aleksandra Perić Grujić Katedra za analitičku hemiju i kontrolu kvaliteta

2 Literatura J. Mišović i T. Ast, Instrumentalne metode hemijske analize, TMF Beograd Lj. Fotić, M. Laušević, D. Skala i M. Bastić, Instrumentalne metode hemijske analize-praktikum za vežbe, TMF Beograd M. Todorović, P. Đorđević i V. Antonijević, Optičke metode instrumentalne analize, BU, Hemijski fakultet Beograd S. Milosavljević, Strukturne instrumentalne metode, BU, Hemijski fakultet Beograd 1997.

3 Program Fond časova: 2+1 Apsorpciona spektroskopija molekulska (UV, Vis, IR) i atomska (AAS) Emisiona spektroskopija (ES, ICP) MS, MS/MS Hromatografija (GC, LC, HPLC) Kuplovane tehnike (HPLC-UV, HPLC-MS/MS, ICP-MS, TPD-MS) Predavanja, vežbe i sve informacije: instrumentalne.tmf.bg.ac.rs

4 VEŽBE Marija Vukčević Marina Radišić Spektroskopija u vidljivoj oblasti UV spektroskopija IR Spektroskopija AAS ICP GC, HPLC MS Vežbe traju 2 sata i održavaju se svake druge nedelje.

5 Način provere znanja Laboratorijske vežbe 20% Kolokvijum 25% Test 15% Završni ispit 40%

6 Kolokvijum i test Test 9. nedelja ( ) - gradivo sa predavanja Kolokvijum 14. nedelja ( ) -gradivo sa vežbi

7 ZNAČAJ INSTRUMENTALNIH METODA ušteda vremena postizanja veće tačnosti pri radu snižavanje granica detekcije analiziranje malih količina uzoraka neke od metoda su nedestruktivne eventualna mogućnost rada bez prethodnih procesa separacije.

8 Primena rezultata dobijenih instrumentalnim metodama u (naučnim) ispitivanjima; u projektovanju novih tehnoloških procesa/procedura; u praćenju procesa proizvodnje; u kontroli procesa; u kontroli kvaliteta sirovina, međuproizvoda, poluproizvoda i gotovih proizvoda.

9 INSTRUMENTALNE TEHNIKE ANALIZA NEORGANSKIH JEDINJENJA molekulska spektroskopija u vidljivoj oblasti; atomska apsorpciona spektroskopija; atomska emisiona spektroskopija; elektronska spektroskopija; termogravimetrijska analiza; elektrohemijske metode. ANALIZA ORGANSKIH JEDINJENJA gasna hromatografija; infracrvena spektroskopija; spektroskopija u UV oblasti; nuklearna magnetna rezonanca; - - -

10 KAKO ODABRATI ADEKVATNU METODU ANALIZE? prilikom odlučivanja o izboru metode, istraživač mora da vodi računa o mnogim faktorima: kompleksnosti materijala, koncentracijama hemijskih vrsta od interesa, broju uzoraka koje treba analizirati, tačnosti koja se zahteva izbor takođe zavisiti i od poznavanja osnovnih principa na kojima se pojedine metode baziraju, ali i njihovih mogućnosti i ograničenja.

11 Things should be made as simple as possible, but not simpler. Albert Einstein

12 Prilikom izbora metode mora se uzeti u obzir: da li je potrebna delimična ili kompletna analiza uzorka; broj uzoraka koji se analizira; koncentracije od interesa (1-100%; 0,01-1%; manje od 0,01%); da li se uzorak mora čuvati nakon analize; koja je potrebna preciznost; trajanje analize; cena analize; pouzdanost odabrane metode; obučenost eksperimentatora; posledice potencijalne greške merenja...

13 FIZIČKE OSOBINE (SPECIFIČNE I NESPECIFIČNE): 1. Opšte osobine: masa; zapremina; 2. Mehaničke osobine: gustina; površinski napon; viskozitet; brzina prostiranja zvuka; 3. Osobine koje tretiraju međusobno dejstvo mase i energije zračenja: apsorpcija energije zračenja; emisija energije zračenja zamućenost; Ramanov efekat; skretanje ravni polarizovane svetlosti; indeks prelamanja; refleksija; fluorescencija; fosforescencija; difrakcija X-zraka; nuklearna magnetna rezonanca;

14 4. Električne i magnetne osobine: elektrodni potencijal; električna provodljivost; magnetna susceptibilnost; 5. Termičke osobine: temperature prelaza (topljenja, ključanja,...); toplota reakcije; toplotna provodljivost; 6. Nuklearne osobine: radioaktivnost.

15 Elektromagnetno zračenje i materija Transmisija elektromagnetno zračenje prolazi kroz materiju bez ikakve interakcije Apsorpcija - elektromagnetno zračenje biva adsorbovano od strane atoma, jona ili molekula podižući ih na viša energetska stanja Emisija - oslobadjanje energije od strane atoma, jona ili molekula dovodeći ih na niža energetska stanja

16 Merena fizička veličina Masa Zapremina Apsorpcija elektromagnetnog zračenja Emisija elektromagnetnog zračenja Rasejanje elektromagnetnog zračenja Refrakcija elektromagnetnog zračenja Difrakcija elektromagnetnog zračenja Analitička metoda bazirana na merenju te veličine Gravimetrija Volumetrija Spektrofotometrija (X-zraka, UV, Vis, IR) kolorimetrija, atomska apsorpcija, nuklearnomagnetna rezonanca, elektron spin rezonanca. Emisiona spektroskopija (X-zraka, UV, Vis) plamena fotometrija, fluorescencija ( -zraka, UV, Vis), radiohemijske metode. Turbidimetrija, Nefelometrija, spektroskopija. Refraktometrija, interferometrija. Ramanska X-zraka, metode bazirane na difrakciji elektrona

17 Merena fizička veličina Rotacija elektromagnetnog zračenja Električni potencijal Električna provodljivost Električna struja Količina naelektrisanja Masa/naelektrisanje Brzina reakcije Termalne osobine Analitička metoda bazirana na merenju te veličine Polarimetrija, cirkularni dihroizam; optička rotaciona disperzija Potenciometrija, hronopotenciometrija Konduktometrija Polarografija, amperometrijske titracije Kulometrija Masena spektrometrija Kinetičke metode Metode bazirane na merenju termalne provodljivosti ili entalpije: DTA, DSC, kalorimetrija Radiaoktivnost Aktivacija i metode izotopskog razblaženja

18 UVOD U SPEKTROSKOPSKE METODE Osnovni pojmovi Oblasti zračenja Energija zračenja Frekvencija Brzina prostiranja talasa Talasna dužina Plankova jednačina Radio talasi IR Vidljivi zraci UV X- Gama- Kosmički zraci

19 OSOBINE ELEKTROMAGNETNOG ZRAČENJA Elektromagnetno zračenje je oblik energije koji se prenosi kroz prostor izuzetno velikom brzinom; Za razliku od drugih talasnih fenomena, na pr. zvuka, elektromagnetno zračenje se može prostirati kroz vakuum; Mnoge osobine elektromagnetnog zračenja opisuju se klasičnim talasnim modelom (talasna dužina, frekvencija, brzina, amplituda); Apsorpcija i emisija elektromagnetnog zračenja ne mogu se objasniti talasnim modelom, već se objašnjavaju čestičnom prirodom ovog zračenja (fotoni).

20 Elektromagnetno zračenje Dualnost talasna i čestična priroda zračenja

21 Elektromagnetni talas sastoji se od električnog i magnetnog talasa koji su međusobno normalni i imaju istu frekvencu odnosno talasnu dužinu c= /t = λ = c/λ λ = c/

22 Elektromagnetno zračenje Promena unutrašnje energije ΔE = h (h = 6,63 * Js) = c/λ (C = 3 * 10 8 m/s ili km/s u vakuumu) *Jedinica za energiju fotona - nije Joul, već ev 1eV = 1, J Max Planck ( ) Planck-ova hipoteza: Sistem može primiti (apsorbovati) ili otpustiti (emitovati) energiju samo u određenim količinama, to jest u kvantima energije.

23 SPEKTAR ELEKTROMAGNETNOG ZRAČENJA gama zraci x-zraci UV zraci nevidljivo vidljivo IC nevidljivo Mikrotalasi TV talasi radio talasi

24 Elektromagnetni spektar

25 JONIZUJUĆE I NEJONIZUJUĆE ZRAČENJE

26 Tipovi energetskih nivoa Elektronski Vibracioni Rotacioni

27 Energetski nivoi Rotacioni nivo Vibracioni nivo Elektronski nivo E N E R G Y

28 Elektromagnetno zračenje Talasna dužina svetlosti Vrsta promene Spektroskopska metoda Radio talasi 100 m 1 m Prelazi nuklearnih spinova Radio talasi 1 m 1 cm Prelazi elektronskih spinova NMR Elektronska spinska rezonancija Mikrotalasi 1 cm -100 m Prelazi u rotacionim stanjima Infracrveno zračenje 100 m - 1 m Promena vibracionih stanja Mikrotalasna spektroskopija IR Ramanska spektroskopija Vidljiva oblast UV oblast 1 m 10 nm Promena stanja valentnih elektrona UV/VIS Fuorescentna Atomska X zračenje 10 nm- 100 pm Promena stanja unutrašnjih elektrona Rendgenska Elektronska Gama zračenje 100 pm 1 pm Promena nuklearnih stanja Gama

29 SPEKTAR ELEKTROMAGNETNOG ZRAČENJA

30 SPEKTRALNA ANALIZA Ceo elektromagnetni spektar se koristi u spektroskopskim ispitivanjima. Različite energije omogućavaju praćenje različitih vrsta interakcija sa materijom. Spektralna analiza zasniva se na merenju energije zračenja koja je apsorbovana, emitovana ili rasuta od strane atoma, molekula ili jona.

31 VRSTE SPEKTARA Prema izgledu: Linijski (atomi) Trakasti (molekuli) Kontinualni (usijana čvrsta tela) Prema mehanizmu nastajanja: Apsorpcioni (uzorak apsorbuje) Emisioni (uzorak emituje) Ramanski (uzorak rasejava)

32 A. Kontinuirani (kontinualni) B,C. Linijski Trakasti

33 Atomski apsorpcioni spektri

34 Atomski emisioni spektri

35 Atomski spektar Na Emisioni spektri

36 Emisioni spektri atomski molekulski

37