Vorlesung 16: Analytische Chemie I Atomabsorptionsspektroskopie

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1 ALBERT-LUDWIGS- UNIVERSITÄT FREIBURG Vorlesung 16: Analytische Chemie I Atomabsorptionsspektroskopie Prof. Dr. Christoph Janiak Literatur: E. Hitzel, Bausteine praktischer Analytik, Verlag Handwerk und Technik, Hamburg, 2005 K. Cammann, Instrumentelle Analytische Chemie, Spektrum-Verlag, 2001 D. A. Skoog, J. J. Leary, Instrumentelle Analytik, Springer Berlin, 1996 D. C. Harris, Lehrbuch der Quantitativen Analyse, Springer Berlin, 2002 G. Schwedt, Analytische Chemie, (Thieme) Wiley-VCH 1995 G. Schwedt, Taschenatlas der Analytik, (Thieme) Wiley-VCH, 2. Aufl M. Otto, Analytische Chemie, Wiley-VCH, 3. Aufl., 2006 R. Kellner, J.-M. Mermet, M. Otto, H. M. Weidner (Hrsg.), Analytical Chemistry, Wiley- VCH, 2. Aufl. 2004

2 Inhaltsverzeichnis Analytische Chemie I Der Analytische Prozess Chemische quantitative Analyse - Gravimetrie - Elektrogravimetrie - Titrimetrie Instrumentelle quantitative Analyse - Atomemissionsspektroskopie, AES (OES) - Photoelektronenspektroskopie, PES bis Röntgenfluoreszenzanalyse, RFA - TRFA, Auger-Elektronenspektroskopie, Elektronenstrahl-Mikroanalyse, ESMA - Atomabsorptionsspektroskopie, AAS - Polarographie und Voltammetrie - UV/VIS-Absorptions- bis Fluoreszenz-Spektroskopie - Fließinjektionsanalyse, FIA - Ionenchromatographie, IC - Neutronenaktivierungsanalyse, NAA - Massenspektrometrie, MS (ICP-MS, SIMS u.a.)

3 Atomabsorption cm 1 6s 5s Ionisation 5p 4d vereinfachtes Termschema des Natrium-Atoms mit intensivsten Resonanzübergängen s nm 4p 3d nm 3p nm s

4 Atomabsorptionsspektrometrie (AAS) Spektralbereich: UV/VIS, ca nm NMR ESR Atome Radiowellen Moleküle Rotations - Vibrations- Übergänge Therm. Anregung 1K 1000 K Mikrowelle Infra- Rot Valenz - Rumpf - Elek tronen elektron. Kernzustände Elementar - Teilc hen Beschleunigung von elektr. geladenen Teilchen sichtbares Licht Ultra Violett Röntgen- Gamma - Strahlung 1 km 1m 1mm 1mm 1nm 1pm 1fm 1am 10 6 Hz 10-3 cm Hz 1 cm Hz 10 3 cm Hz 10 6 cm Hz 10 9 cm Hz Hz Hz cm cm -1 elek tromagnet. Strahlung Wel lenlänge Frequenz Wel lenzahl 1neV 1meV 1meV 1eV 1keV 1MeV 1GeV 1Te V Energie kj / mol (aus Römpp-Chemielexikon)

5 Strahlungsbereiche Spektralbereich AAS

6 Schema der Messanordnung in der Flammen-/F-AAS Absorptions-Flammenphotometer: Hohlkathodenlampe Flamme Detektor Verstärker Brenner Preßluft + zerstäubte Lösung Gas Monochromator (evtl. nur Filter) Anzeigeeinrichtung (aus Römpp-Chemielexikon)

7 Flammen-/F-AAS-Gerät (in IMPG)

8 Flammen-/F-AAS-Gerät (in IMPG)

9 aus Schwedt, Analytische Chemie, Abb Zerstäuber und Flamme (in F-AAS)

10 Zerstäuber und Flamme (in F-AAS)

11 Schema der Messanordnung in der Graphitrohr-/Gf-AAS aus Schwedt, Analytische Chemie, Abb. 6.11

12 Graphitrohr (Gf-AAS) aus Schwedt, Analytische Chemie, Abb. 6.6

13 Graphitrohr (Gf-AAS) querbeheiztes Graphitrohr (aus AAS Zenenit 60 Broschüre) Aufheizung (3000 C/s) Temperatur

14 Graphitrohr-AAS-Gerät

15 Graphitrohr-AAS-Gerät (in IMPG)

16 Graphitrohr-AAS-Gerät mit Probenwechsler

17 Nachweisgrenzen in der Flammen-AAS im Vergleich mit AES und Gf-AAS (µg/l) aus D.C. Harris, Lehrbuch der quantitativen Analyse, Vieweg 1997

18 Nachweisgrenzen in der Graphitrohr-AAS im Vergleich mit AES und Gf-AAS (µg/l) aus D.C. Harris, Lehrbuch der quantitativen Analyse, Vieweg 1997

19 Nachweisgrenzen in der Analytik TRFA Ionenchromatographie (IC) Polarographie Voltrammetrie NAA ED-RFA GF-AAS ICP-MS ICP-AES F-AAS Titration Ionenselekt. Elektroden (ISE) 1 ppt 1ppb 1 ppm 1 1% ppt (w/w) ppb (w/w) ppm (w/w) (w/w) % (w/w) g/g 10 9 g/g 10 6 g/g 10 3 g/g 10 2 g/g pg/g ng/g µg/g mg/g 0.01g/g ng/kg µg/kg mg/kg g/kg 10mg/kg ppt (v/v) ppb (v/v) ppm (v/v) (v/v) % (v/v) pl/l nl/l µl/l ml/l cl/l ppt (w/v) ppb (w/v) ppm (w/v) (w/v) % (w/v) ng/l µg/l mg/l g/l 10g/l 100% Konzentration Massenanteil Volumenanteil Massenkonzentration

20 Spezielle Techniken: Hydrid-Technik (mit Gf-AAS) Hydrid-Technik mit Fließinjektions-Verfahren: aus PE (Perkin-Elmer) report 1998 (vgl. VL20 Fließinjektionsanalyse, FIA)

21 Spezielle Techniken: Hydrid-Technik (mit Gf-AAS) Hydrid-Technik mit Fließinjektions-Verfahren: (vgl. VL20 Fließinjektionsanalyse, FIA) HCl NaBH 4 (aus: Cammann, Abb. 4.30)