Absorpcyjna_Spektrometria_Atomowa.pdf

Pracownia Analizy Instrumentalnej - Absorbcyjna Spektrometria Atomowa str. 1

ABSORPCYJNA SPEKTROMETRIA ATOMOWA ( AAS )

Oznaczanie Fe, Ni, Zn lub Cd w próbce metodą krzywej wzorcowej.

Zakład Chemii Analitycznej i Analizy Instrumentalnej, Wydział Chemii

UMCS w Lublinie

A. Cel ćwiczenia.

I. Zapoznać się z obsługą spektrometru absorpcji atomowej AAS 1 N.

II. Oznaczyć zawartość pierwiastków w otrzymanej próbce modelowej.

B. Uwagi wstępne.

Ze względu na metodę otrzymywania widma AAS należy zaliczyć do

spektroskopii absorpcyjnej oraz ze względu na rodzaj układu materialnego

do spektrometrii atomowej.

Absorpcja atomowa jest zjawiskiem fizycznym polegającym na absorpcji

promieniowania elektromagnetycznego o długości fali specyficznej dla

danego pierwiastka przez wolne atomy tego pierwiastka. Z punktu

widzenia absorpcji atomowej interesujący jest stan podstawowy, z którego

atomy nie mogą emitować promieniowania; mogą je jedynie absorbować.

Oprócz temperatury do wzbudzenia atomu może być wykorzystana

również energia świetlna. Intensywność światła monochromatycznego o

określonej długości fali, emitowanego przez specjalnie dobrane źródło

promieniowania, po przejściu przez obłok par atomowych różnych

pierwiastków zostaje osłabiona w wyniku selektywnej absorpcji przez

oznaczany pierwiastek. Można to przedstawić za pomocą schematu:

Czynnikiem pochłaniającym w metodzie absorpcji atomowej są pary

atomów w stanie podstawowym. Aby wytworzyć właściwe środowisko

absorbujące należy dostarczyć energię potrzebną do rozerwania

istniejących wiązań w cząsteczce nie dopuszczając, w miarę możliwości do

dalszego wzbudzenia atomów i jonizacji. Układy atomizacji można

Pracownia Analizy Instrumentalnej - Absorbcyjna Spektrometria Atomowa str. 2

podzielić zasadniczo na dwie grupy: płomieniowe i bezpłomieniowe.

Metodą AAS analizuje się próbki przeważnie w postaci roztworów.

W metodzie płomieniowej AAS płynna próbka zawierająca sól

oznaczanego pierwiastka zostaje rozpylona i powstały aerozol

doprowadzony jest do płomienia (w tym wypadku acetylenowo-

powietrznego). Temperatura płomienia powinna być tak dobrana, aby jak

największa część soli oznaczanego pierwiastka uległa dysocjacji do stanu

atomowego i jednocześnie jak najmniejsza część atomów uległa

wzbudzeniu lub jonizacji. Na atomy próbki w płomieniu kieruje się

monochromatyczną wiązkę światła o takiej długości fali, jaką wysyłają

wzbudzone atomy oznaczanego pierwiastka (zgodnie z prawem Kirchoffa

– wolne atomy absorbują promieniowanie o takiej długości fali, jakie same

mogą wypromieniować). Zasadą metody jest pomiar ubytku

promieniowania przechodzącego przez płomień, spowodowanego

absorpcją przez swobodne atomy oznaczanego pierwiastka. Ubytek

promieniowania jest proporcjonalny do liczby wolnych atomów w

środowisku absorbującym, zaś liczba wolnych atomów jest proporcjonalna

do stężenia roztworu. Inaczej mówiąc zdolność do pochłaniania

promieniowania nazwaną absorbancją - A można przedstawić:

A = log I 0 /I t =

ε λ -

, b – długość drogi

optycznej, N – liczbę wolnych atomów w środowisku absorbującym. W

ćwiczeniu praktycznie wyznaczamy zależność A

c, gdzie c – stężenie

roztworu. Zależność ta, w ćwiczeniu wyrażona w postaci krzywej

wzorcowej, umożliwia analizę ilościową metodą AAS.

AAS z bezpłomieniową atomizacją elektrotermiczną wykorzystuje głównie

atomizery typu kuweta grafitowa. Urządzenie to jest ogrzewane

elektrycznie w czterech etapach:

- odparowanie wody z próbki (100-200

∼

C, czas do kilkudziesięciu

C, czas do kilku sekund),

- czyszczenie kuwety z próbki przed następnym pomiarem.

W metodzie AAS bezpłomieniowej stosowana jest też technika

generowania wodorków. Przebiega ona w trzech etapach:

- wytwarzanie lotnych wodorków,

- doprowadzenie wodorków do atomizera,

- atomizacja otrzymanych wodorków.

ε λ b N, gdzie I 0 oznacza natężenie wiązki promieniowania

monochromatycznego padającego na jednorodny ośrodek absorbujący, I t -

natężenie promieniowania po przejściu przez ośrodek absorbujący,

molowy współczynnik absorpcji przy długości fali

sekund),

- mineralizacja (temperatura i czas zależy od materiału próbki),

- odparowanie i atomizacja próbki (1000-3000

Pracownia Analizy Instrumentalnej - Absorbcyjna Spektrometria Atomowa str. 3

Do oznaczania rtęci, jako jedynego metalu wykazującego dużą prężność w

temperaturze pokojowej, stosuje się technikę “zimnych par”. Polega ona na

redukcji Hg do zerowego stopnia utlenienia za pomocą SnCl 2 .

Powietrze przepuszczane przez naczynie reakcyjne porywa pary Hg, które

po osuszeniu kierowane są do kuwety pomiarowej.

Zastosowanie stabilnych źródeł promieniowania o możliwie dużym

natężeniu i wąskim konturze emitowanych linii, wybór linii analitycznej

leżącej daleko od linii absorpcyjnych innych pierwiastków czy dobór

optymalnych parametrów atomizacji (w przypadku atomizacji

płomieniowej - wybór rodzaju płomienia, optymalnego stosunku objętości

mieszanych gazów i położenia strefy analitycznej w palniku) sprawiają, że

metodą AAS można wykonywać oznaczenia z dużą selektywnością, a

przez zastosowanie wstępnego zagęszczania próbki - również dużą

czułością.

C. Obsługa przyrządu.

Uwaga! Zamiar uruchomienia przyrządu zgłosić prowadzącemu

ćwiczenia.

I. Uruchamianie przyrządu.

- włączyć wyciąg miejscowy

- włączyć sprężarkę powietrza

- po włączeniu się sprężarki otworzyć zawór reduktora powietrza

- otworzyć zawór odcinający reduktora acetylenu

- przewód sieciowy przyrządu połączyć z gniazdkiem

- włączyć przycisk sieciowy 78

- nacisnąć przycisk włączający "C 2 H 2 " 82 i nie zwalniając go ustawić

przepływ 100 l/h na mierniku przepływu acetylenu - 62 , przez dokręcenie

śruby dokładnej regulacji - 80 oznaczonej symbolem C 2 H 2

- nacisnąć przycisk załączający utleniacz "Ox" - 81 i nie zwalniając go

ustawić ciśnienie 100 kPa (odczytać tę wielkość na manometrze - 1 , przez

wkręcenie śruby dokładnej regulacji "Air" - 84 ; równocześnie gałkę

zaworu iglicowego - 2 należy regulować tak, by na przepływomierzu 61

przy ciśnieniu 100 kPa był wskazywany przepływ 530 l/h; podczas tej

regulacji zachodzi ewentualnie potrzeba dokonania korekty ciśnienia do

100 kPa śrubą regulacyjną dokładnej regulacji "Air" - 84

- naciskać przycisk "zapłon" - 77 tak długo, aż zacznie palić się płomień

zasadniczy (czas trwania 2 do 4 sekund); przy wciśniętym przycisku

"zapłon" pojawia się płomień zapalający, a później płomień zasadniczy; po

zapaleniu płomienia zasadniczego zwlaniamy przycisk "zapłon"

- przed rozpoczęciem pomiarów przepuszczać wodę destylowaną przez

ok. 10 min, zasysając przez przewód ssący - 72

Pracownia Analizy Instrumentalnej - Absorbcyjna Spektrometria Atomowa str. 4

II. Przebieg pomiaru. - za pomocą przełącznika lampowego - 20

wprowadzić w kanał biegu promieni odpowiednią lampę (poz. 1 , 2 , 3 i 4

(wg. górnej strzałki))

- włączyć przycisk sieciowy - 24

- ustawić szerokość szczeliny w pobliżu 0,05 = 50µm przy pomocy

pokrętła 16

- ustawić odpowiednią długość fali przy pomocy gałki 46 na wskaźniku 10

(długość fali odczytać z tabeli długości fal dla różnych pierwiastków);

ustawioną wg. wskaźnika 10 długość fali należy nastawić bardziej

precyzyjnie, korzystając z miernika 13 i pokrętła długości fali 46 - w tym

celu należy:

ustawić wielkość wzmocnienia przy pomocy przełącznika 44 i wielkość

napięcia fotopowielacza przy pomocy przełącznika 35 tak, żeby

wskazówka miernika 13 znajdowała się w pobliżu środka górnej skali;

zmieniając powoli położenie pokrętła 46 obserwować wychylenie

wskazówki miernika 13 i ustawić na maksymalne wychylenie; jeśli

wskazówka wychyli się poza skalę - zmniejszyć wzmocnienie

wzmacniacza przy pomocy pokrętła 44 ; następnie ustawić wielkość

wzmocnienia przy pomocy przełącznika 44 tak, żeby wskazówka miernika

13 znajdowała się w pobliżu "0" na górnej skali; dokładniejsze

doprowadzenie wskazówki miernika na "0" można uzyskać zmieniając

prąd lampy przy pomocy pokręteł 37-40 (regulację tę przeprowadza

asystent prowadzący ćwiczenia) lub przez zmianę szerokości szczeliny;

regulację tę prowadzimy przy zasysaniu czystego rozpuszczalnika (H 2 O).

III. Wyłączenie aparatury.

- przed wyłączeniem przepuszczać przez rozpylacz wodę destylowaną

przez ok. 2 min

- wyłączyć przyciski sieciowe 78 i 24

- zamknąć zawory reduktorów ciśnienia i wyłączyć sprężarkę

- wyjąć wtyczkę sieciową przyrządu

D. Wykonanie oznaczeń.

I. Oznaczanie zawartości Cd, Fe, Ni, Zn w otrzymanej próbce

W tym celu należy wykonać:

a) krzywe wzorcowe dla wszystkich badanych substancji obecnych w

próbkach wydanych do analizy (Fe, Cd, Zn, Ni);

b) analizę ilościową otrzymanej próbki (Fe, Cd, Zn, Ni) metodą krzywej

wzorcowej;

c) obróbkę statystyczną wyników pomiaru.

Uwaga: Próbki zawierają dwa z czterech w/w pierwiastków. Zapytać

asystenta prowadzącego, które skale wzorców należy przygotować.

Pracownia Analizy Instrumentalnej - Absorbcyjna Spektrometria Atomowa str. 5

a) Przygotowanie skali wzorców i sporządzanie krzywych

wzorcowych.

Do 5 kolb miarowych o pojemności 50 ml odmierzyć kolejno:

Cd: 0.5; 1.0; 1.5; 2.0 i 2.5 ml roztworu wzorcowego Cd o stężeniu 50 mg/l

Zn: 0.5; 1.0; 1.5; 2.0 i 2.5 ml roztworu wzorcowego Zn o stężeniu 100mg/l

Ni: 0.5; 1.0; 1.5; 2.0 i 3.0 ml roztworu wzorcowego Ni o stężeniu 250 mg/l

Fe: 0.5; 1.0; 1.5; 2.0 i 3.0 ml roztworu wzorcowego Fe o stężeniu 250 mg/l

dopełnić wodą destylowaną do kreski i wymieszać. Stężenia w/w

substancji w kolejnych wzorcach wynoszą odpowiednio:

Cd - 0.5; 1.0; 1.5; 2.0 i 2.5 mg/l,

Zn - 1.0; 2.0; 3.0; 4.0 i 5.0 mg/l,

Ni - 2.5; 5.0; 7.5; 10.0 i 15.0 mg/l,

Fe - 2.5; 5.0; 7.5; 10.0 i 15.0 mg/l,

Włączyć spektrometr i wyzerować na wodę destylowaną. Dla każdej

z analizowanych substancji wykonać po 3 pomiary absorbancji,

wprowadzając do palnika uprzednio przygotowane wzorce poczynając od

roztworu o najniższym stężeniu. Stosować następujące długości fal (nm):

Zn 213.9

Cd 228.8

Ni 232.0

Fe 248.3

Pozostałe optymalne parametry dobrać zgodnie z instrukcją użytkowanego

aparatu (patrz pkt. C. ). Pomiary roztworów wzorcowych wykonać

bezpośrednio przed pomiarem badanej próbki. Na podstawie otrzymanych

wyników pomiarów absorbancji (dla danego pierwiastka) wykreślić

krzywą wzorcową, odkładając na osi odciętych (X) stężenie w mg/l, a na

osi rzędnych (Y) wartość absorbancji i wynik oznaczenia odczytać z tej

krzywej (można w tym celu skorzystać z komputera znajdującego się na

pracowni).

b) Wykonanie oznaczenia w próbce.

Otrzymaną w kolbie 100 ml analizę dopełnić do kreski wodą destylowaną i

dokładnie wymieszać. Do 5-ciu kolb o poj. 50 ml odpipetować po 10 ml

próbki, dopełnić wodą destylowaną do kreski i dokładnie wymieszać. W

tak przygotowanych próbkach wykonać pomiar tj. wprowadzić do palnika

spektrometru tak jak wzorce, zachowując te same warunki pomiaru.

Pomiary absorbancji w próbce wykonać trzykrotnie. Stężenia dla

poszczególnych pomiarów odczytać z krzywych wzorcowych.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: