Geleitwort Vorwort... 7

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1 Inhaltsverzeichnis Geleitwort Vorwort Einführung Historie Warum instrumentelle Analytik? Spurenanalytik Hoher Probendurchsatz Spektroskopie Auf der Suche nach dem «Nichts» Beispiel Platin Grenzen der Spurenanalytik Der Weg zu brauchbaren Spurenanalysen Probennahme Stand und Trends in der Umweltanalytik Wechselwirkung zwischen Licht und Materie Innere und äußere Wechselwirkungen Absorptions- und Emissionsspektroskopie Atom- und Molekülspektroskopie Anregungsbedingungen Einteilung der Spektralbereiche Maßsysteme der Spektroskopie Absorptionsstelle Absorptionsintensität Besetzungsverhältnis Übergangswahrscheinlichkeit Lambert-Beersches Gesetz Qualitative und quantitative Analyse Qualitative Analyse Quantitative Analyse Konventionelles Spektrometer Einstrahl-Spektrometer Zweistrahl-Spektrometer UV/Vis-Spektroskopie Klassifizierung der Elektronenübergänge Franck-Condon-Prinzip Theoretische Berechnung von Elektronenübergängen Dissoziationsenergie und Ionsierungspotential Chromophore

2 3.3 Erlaubte und verbotene Übergänge Meßprinzip Lichtquellen Monochromator Detektor Küvetten Messung des Spektrums Schwingungs-Feinstruktur Konzentrationsbestimmung über die Eigenfärbung Mehrkomponentenanalyse Doppelwellenlängen-Messung Differenzspektren Derivativspektren Anforderungen an ein modernes Spektrometer Diodenarray-Technologie in der UV/Vis-Spektroskopie Konventionelles Spektralphotometer Diodenarray-Spektralphotometer Vorteile der Diodenarray-Technologie Einstrahl-Geräte Schnelle Erfassung spektraler Daten Simultane Messung eines Spektrums Wellenlängen-Reproduzierbarkeit Meßbereich Statistik der Meßdaten Einkopplung von Lichtleitern Theorie der Lichtleiter Anwendung des Lichtleitersystems Schnelltests zur Wasseruntersuchung Beispiel: Photometrische Cu-Bestimmung im Spurenbereich Teststäbchen Komparator-Testbestecke (Kolorimetrie) Kleinphotometer mit Fertigprogrammen Referenzstrahl-Technik Zusammenfassung und Ausblick Fluorimetrie Grundlagen der Lumineszenzstrahlung Fluoreszenz Phosphoreszenz Meßparameter Fluoreszenz-Quantenausbeute Quantitative Analyse Fluoreszenzlöschung Fluoreszenz-Labelling Fluoreszenz-Spektrometer Verschiedene Spektrenarten Spektrenkorrektur Lichtstreuung Weitere Fehlermöglichkeiten Probenhalterung Temperatureinfluß Laserinduzierte Fluoreszenz (LIF)

3 4.9 Zeitaufgelöste Fluorimetrie Zusammenfassung und Ausblick Infrarot-Spektroskopie Historie Prinzip Auswahlregeln IR-Spektrum Spektrenauswertung Theoretische Betrachtung Harmonischer Oszillator Anharmonischer Oszillator Mehratomige Moleküle Empirische Betrachtung Aufnahmetechnik Konventionelle IR-Spektrometer Fourier-Transform(FT-IR)-Spektrometer Michelson-Interferometer Vorteile des FT-IR-Spektrometers Qualitative Analyse Quantitative Analyse Präparationsmethoden Flüssigkeiten und Lösungen Festkörper KBr-Preßtechnik Nujol-Technik Gase IR-Reflexionsspektroskopie ATR-Technik Prinzip Anwendungen Äußere Reflexion in der IR-Spektroskopie Gerichtete Reflexion Reflexions-Absorptions-Spektroskopie (IRRAS) Diffuse Reflexion (DRIFT) Kramers-Kronig-Transformation Quantitative Analyse bei diffuser Reflexion Anwendungen der Reflexionsspektroskopie Kopplung mit Lichtleitern Photoakustischer Detektor Infrarot-Mikroskopie Funktionsweise Proben Kopplungstechniken GC-FT-IR-Kopplung TGA-FT-IR-Kopplung Rechnereinsatz in der IR-Spektroskopie Zusammenfassung und Ausblick NIR-Spektroskopie Unterschiede zwischen NIR- und MIR-Spektroskopie NIR-Spektrometer

4 6.3 Anwendungen Bestimmung des Wassergehaltes Einsatz beim Recycling von Kunststoffen Zusammenfassung und Ausblick Raman-Spektroskopie Theorie Auswahlregeln Raman-Spektrometer Anwendungen Zusammenfassung und Ausblick Mikrowellenspektroskopie Theorie der Rotationsspektren Mikrowellenspektrometer Anwendungen Bestimmung von Atomabständen und Valenzwinkeln Bestimmung von Dipolmomenten Kernquadrupolkopplung Zusammenfassung und Ausblick Atomabsorptionsspektrometrie Historie Prinzip Linienspektrum Auswahlregeln Auswahl der Linien Empfindlichkeit und Nachweisgrenzen Atomabsoptionsspektrometer Modulationsprinzip und spektrale Interferenzen Lininebreite Hohlkatodenlampen Mehrelement-Hohlkatodenlampen Elektrodenlose Entladungslampen Atomisierung Atomisierung in Flammen Luft-Acetylen-Flamme Lachgas-Acetylen-Flamme Zerstäuber und Mischkammer Kalibrierung und Kurvenkorrektur Atomisierung im Graphitrohrofen Extrem schnelle Heizrate L vov-plattform Temperatursprung und Gasstop Signalflächenintegration Grafische Verfolgung der Atomisierung Matrixmodifikation Hydrid- und Kaltdampftechnik Kriterien zur Auswahl der bestgeeigneten AAS-Technik Interferenzen Chemische Interferenzen Physikalische Interferenzen

5 9.7.3 Ionisations-Interferenzen Spektrale Interferenzen Additionsmethode Untergrundabsorption Kompensation mit Kontinuumstrahlern Zeeman-Untergrundkorrektur Zeeman-Effekt Verschiedene Zeeman-AAS-Systeme Grenzen der Zeeman-Untergrundkorrektur Smith-Hieftje-System Instrumentation Simultane Multielementbestimmung Fließinjektionsanalyse in der Atomabsorptionsspektrometrie FI-Quecksilber/Hydrid-AAS FI-Flammen-AAS FI in Verbindung mit einem Hochdruckzerstäubersystem Kopplung mit der Ionenchromatographie Elementanreicherung und Matrixabtrennung Zukunftsperspektiven der Fließinjektion in der AAS AAS-Labor Abzugsanlage für die Flammen-AAS Arbeitsraum Brennerdrainage Zusammenfassung und Ausblick Atomfluoreszenzspektrometrie Atomspektrometrie mit Plasmen Grundlagen Was ist Plasma? Erzeugung von Plasma Induktiv gekoppeltes Plasma Dreielektroden-Gleichstromplasma Mikrowelleninduziertes Plasma Komponenten des ICP-Spektrometers Hochfrequenzgenerator Plasmabrennersystem Torches Verschiedene Betriebsarten Zerstäubung Zerstäuberkammer Verringerung des Argonverbrauchs Aufbau einer ICP-Apparatur ICP-Sequenz-Emissionsspektrometer Monochromator beim sequentiellen Spektrometer Auflösungsvermögen Czerny-Turner-Monochromator ICP-Analytik genau im Linienpeak ICP-Multielement-Emissionsspektrometer Paschen-Runge-Polychromator Kombinierte Simultan-Sequenz-ICP-Spektrometer ICP-Spektrometer mit Echelle-Gitter

6 Simultane Messung aller Elemente auf allen Wellenlängen Probleme der Multielementbestimmung Lichtleiter bei ICP-Spektrometern Axiale Plasmabeobachtung Verwendung eines inneren Standards Störungen in der ICP-OES Untergrundstörungen Streulicht Spektrale Interferenzen Erkennung und Kompensation von Untergrundstörungen Messung einer Blindlösung Übersichtsanalyse Ausweichen auf andere Linien Messung des Untergrundes neben der Analysenlinie Standardlösungen für die Atomemissionsspektrometrie Hydridsystem Analyse fester Proben Funkenemissionsspektrometrie Glimmentladung Laserinduzierte Mikroplasmen Graphitrohrtechnik AAS oder ICP? Die Wahl des richtigen Spektrometers für die Elementanalyse Nachweisgrenzen Linearer dynamischer Arbeitsbereich Meßgeschwindigkeit Interferenzen Reproduzierbarkeit Weitere wichtige Punkte Plasmamassenspektrometrie Verfahrensprinzip der ICP-MS ICP-Einheit ICP-MS-Interface Massenspektrometer Vorteile der ICP-MS Semiquantitative Analyse Bestimmbare Elemente Analytische Beschränkungen Neue Anwendungen Zusammenfassung und Ausblick Massenspektrometrie Grundlagen Massenspektrum Stabilität von Bruchstücken Umlagerungsprozesse Metastabile Ionen Ionenerzeugung Elektronenstoßionisation Chemische Ionisierung Ionen-Molekül-Reaktionsmassenspektrometrie MALDI-MS

7 MS-Analyse schwerflüchtiger Verbindungen Massenspektrometrie mit negativen Ionen Massenspektrometer Quadrupol-Massenspektrometer Magnetfeld-Massenspektrometer Flugzeit-Massenspektrometer Tandem-Massenspektrometer Zusammenfassung und Ausblick Kernmagnetische Resonanz-Spektroskopie Grundlagen Chemische Verschiebung Spin-Spin-Kopplung Aufnahme von NMR-Spektren Empfindlichkeit Substanzbedarf Spektrenakkumulation Integration Quantitative Analyse Magnetfeld NMR-Spektrometer CW-Spektrometer PFT-NMR-Spektrometer Relaxationsmessungen Doppelresonanz-Technik Zweidimensionale NMR-Spektroskopie Kern-Overhauser-Effekt Anwendungen der NMR-Spektroskopie C-NMR-Spektroskopie Deuterium-NMR-Spektroskopie NMR-Tomographie NMR-Mikroskopie Festkörper-NMR Ionen-Cyclotron-Resonanz Zusammenfassung und Ausblick Röntgenfluoreszenzanalyse Begriff Röntgenfluoreszenz Grundlagen Auger-Effekt Fluoreszenzausbeute Charakteristische Spektrallinien Zinn-K-Spektrum Gold-L-Spektrum Gesetz von Moseley Anregung Erzeugung von Röntgenstrahlen Röntgenbremsstrahlung Charakteristische Strahlung Wahl des Anodenmaterials Absorption der Röntgenstrahlung Anregung der charakteristischen Strahlung

8 Primär- und Sekundärabsorption Röntgenröhre Anregung durch Radionukleide Röntgenspektrometer Wellenlängen-Dispersionsmethode Energie-Dispersionsmethode Röntgendetektoren Szintillationszähler Gaszählrohre Halbleiterdetektoren Analytische Anwendungen Kalibration Nachweisgrenzen Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyse (TRXRF) Schichtdickenmessung nach dem Röntgenfluoreszenz-Verfahren Verwendung von selektiven Absorptionsfolien (Filter) Schichtdickenmessung von Deck- und Zwischenschicht Schichtdickenmessung einer zweikomponentigen Legierungsschicht Neuere Entwicklungen in der Röntgenspektrometrie RFA-Analyse der leichten Elemente Pseudokristalle Zusammenfassung und Ausblick Oberflächenanalytik Methoden Energiedispersive Röntgenmikroanalyse Qualitative Röntgenanalyse Quantitative Analyse Protoneninduzierte Röntgenemission Auger-Elektronenspektroskopie Scanning Auger Microscope Elektronenspektroskopie für die chemische Analyse Sekundärionen-Massenspektroskopie Ionenstreu-Spektroskopie Raster-Sonden-Mikroskopie STM-Prinzip AFM-Prinzip Magnetokraft-Mikroskop Rasterelektrochemisches Mikroskop Anwendungen Schlußbetrachtung Verzeichnis der Geräteanbieter Quellenverzeichnis Literaturverzeichnis Abkürzungsverzeichnis Stichwortverzeichnis