Vorlesung Analytische Chemie I

Ähnliche Dokumente
Vorlesung 16: Analytische Chemie I Atomabsorptionsspektroskopie

Vorlesung 13: Analytische Chemie I Atomemissionsspektroskopie

Vorlesung Analytische Chemie I

Vorlesung 15: Analytische Chemie I TRFA, Auger-Elektronenspektroskopie, Elektronenstrahl-Mikroanalyse, ESMA

Vorlesung Analytische Chemie I

Vorlesung Analytische Chemie I

Vorlesung 23: Analytische Chemie I Anorganische Massenspektroskopie

ALBERT-LUDWIGS- UNIVERSITÄT FREIBURG

Trace Analysis of Surfaces

Anhang 5. Radionuklid A 1. in Bq. Ac-225 (a) Ac-227 (a) Ac Ag Ag-108m (a) Ag-110m (a)

Vorlesung Analytische Chemie I

7) Anwendungen radioaktiver Strahlung in Wissenschaft und Technik (1) Analytische Anwendungen (Radiometrische Titration)

Grundlagen der Allgemeinen und Anorganischen Chemie. Atome. Chemische Reaktionen. Verbindungen

zu 6 Abs. 1, 8 Abs. 1, 19 Abs. 1, 61 Abs. 1 und 4, 62 Abs. 6, 63 Abs. 3, 64 Abs. 1 sowie 79 Abs. 1 und 2 Voraussetzungen für die Freigabe

Periodensystem. Physik und Chemie. Sprachkompendium und einfache Regeln

Anlage 1. Messzeit: 10 s. Impulszählung (bei Ratemeteranzeige ist S min bei gleicher Messzeit größer als bei Impulszählung)

H Wasserstoff. O Sauerstoff

Vorlesung Analytische Chemie I

5. Periodensystem der Elemente 5.1. Aufbauprinzip 5.2. Geschichte des Periodensystems 5.3. Ionisierungsenergie 5.4. Elektronenaffinität 5.5.

zu 6 Abs. 1, 8 Abs. 1, 19 Abs. 1, 61 Abs. 1 und 4, 62 Abs. 6, 63 Abs. 3, 64 Abs. 1 sowie 79 Abs. 1 und 2 Voraussetzungen für die Freigabe

Chrom(VI)-Ersatz auf Zink

Rahmenbedingungen und Ansatzpunkte zur Steigerung der Rohstoffproduktivität

Periodensystem der Elemente

Tab. A1: Wassergehalt, Trockenmassen, Trockendichten, Porenzahlen, Porenanteile, Sackungsmaße. Versuchsnummer Einbauwasser- Trockendichte

Vorlesung Analytische Chemie I

MO-Theorie: Molekülorbitale, Bindungsordnung, Molekülorbitaldiagramme von F 2, O 2, N 2, H 2 O, Benzol, Wasserstoffbrückenbindungen

Chemische Bindung. Wie halten Atome zusammen? Welche Atome können sich verbinden? Febr 02

3. Seminar. Prof. Dr. Christoph Janiak. Literatur: Jander,Blasius, Lehrb. d. analyt. u. präp. anorg. Chemie, 15. Aufl., 2002

Lösungsvorschlag 7: Grundlagen ICP-MS

Kernchemisches Praktikum I Transurane Die Chemie des Neptuniums (Element 93)

Vorlesung Analytische Chemie I

BUNDESANSTALT FÜR MATERIALFORSCHUNG UND -PRÜFUNG (BAM) VEREIN DEUTSCHER EISENHÜTTENLEUTE (VDEh)

Vorlesung Analytische Chemie I

6. Seminar. Prof. Dr. Christoph Janiak. Literatur: Jander,Blasius, Lehrb. d. analyt. u. präp. anorg. Chemie, 15. Aufl., 2002

Abgabetermin

Vorlesung 19a: Analytische Chemie I Fließinjektionsanalyse, FIA

Chrom(VI)-Ersatz auf Zink

Anordnung der Elemente nach aufsteigender Atommasse, Gesetz der Periodizität (Lothar Meyer, Dmitri Mendelejew, 1869)

Strukturchemie. Kristallstrukturen. Elementstrukturen. Kugelpackungen. Kubisch dichte Kugelpackung. Lehramt 1a Sommersemester

Typische Eigenschaften von Metallen

Fakultät Mathematik und Naturwissenschaften, Anorganische Chemie Professur AC I. TU Dresden, 2017 Seminar zum Brückenkurs 2016 Folie 1

7 3= - 2 J G0(r) ~ a " I N dr

1. Man lässt g eines Alkalimetalls mit Wasser reagieren, wobei mol Wasserstoff entsteht.

Vorlesung Analytische Chemie I

Richtwert JAZ. Limitiert durch Dosisgrenzwert. h T (50) Inhalation. Absorptionsklasse. Überwachungsintervall. Überwachungsverfahren.

Quarkorbitale und Quark Orbital Kombinationen

Periodensystem der Elemente (PSE)

Feinstaubbelastung in unterschiedlichen Lebenslagen

Circular Economy mehr als Kreislaufwirtschaft?

Mangangruppe: Elemente der siebten Nebengruppe

Chemie für Biologen Wintersemester 2018 Dr. Seraphine Wegner

Vom Standardmodell zur dunklen Materie

Periodensystem der Elemente (PSE) Z = Ordnungszahl, von 1 bis 112 (hier)

Nukleosynthese: Wie bildeten sich die Elemente? und was kann man mit INTEGRAL dazu lernen. Roland Diehl MPE

Allgemeine und Anorganische Chemie

PC III Aufbau der Materie

Diese Lampen sind direkt in AAS der Marken Agilent, GBC Analytik Jena, Thermo Scientific, Hitachi, Shimadzu und vielen anderen einsetzbar.

Vorlesung 21: Analytische Chemie I Ionenchromatographie

Atombau, Periodensystem der Elemente

Vorlesung Analytische Chemie I

Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung

4. Aufbau der Elektronenhülle 4.1. Grundlagen 4.2. Bohrsches Atommodell 4.3. Grundlagen der Quantenmechanik 4.4. Quantenzahlen 4.5.

Koordinationschemie der Übergangsmetalle

1 Dorn Bader Physik der Struktur der Materie

Vorlesung Analytische Chemie I

Note:

Integration von Schülerinnen und Schülern mit einer Sehschädigung an Regelschulen. Didaktikpool

Vorlesung Analytische Chemie I

Von elektrischen Speicherbauteilen über. Forschungs-Neutronenquelle

K L A U S U R D E C K B L A T T Name der Prüfung: Klausur Chemie für Chemieingenieure und Physiker

Grundlagen der Allgemeinen und Anorganischen Chemie. Atome. Chemische Reaktionen. Verbindungen

Versuch 29 Ak-vierungsanalyse

Periodensystem der Elemente (PSE) Z = Ordnungszahl, von 1 bis 112 (hier) woher kommen Zeilen und Spalten?

Relative Atommassen. Stefan Pudritzki Göttingen. 8. September 2007

Ressourcennutzung. in Theorie und Praxis. 11. BMBF-Forum für Nachhaltigkeit. Prof. Dr.-Ing. Martin Faulstich Dr. Christian Hey

Rohstoffe für die Energiewende Verfügbarkeit knapper Ressourcen und der Beitrag des Recyclings

Chemie für Ingenieure Lernziele und Musteraufgaben

41. Kerne. 34. Lektion. Kernzerfälle

Einführungskurs 7. Seminar

Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form. Auszug aus: Atombau und PSE. Das komplette Material finden Sie hier: School-Scout.

Quantitative Oberflächenanalytik mit hochenergetischen Ionenstrahlen

1.4. Aufgaben zum Atombau

Wechselwirkung Strahlung-Materie Kernreaktionen

Orbitale, 4 Quantenzahlen, Hauptquantenzahl, Nebenquantenzahl, magnetische Quantenzahl, Spinquantenzahl

CONOSTAN METALLO-ORGANIC STANDARDS ölgelöste Metallstandards

2) Kernstabilität und radioaktive Strahlung (2)

Neutronenphysik. Prof. Dr. Sabine Prys. Physikalische Grundlagen Reaktorvorlesung by ps. Skripte etc.

Anlage 3 zu Merkblatt Nr. 3.6/2 Stand: 01. Juli 2011

27. Vorlesung EP V. STRAHLUNG, ATOME, KERNE

Anorganische Chemie 1 Version 1.5b Thema:

Beta- und Neutronenstrahlung

Unwanted. TRITON Error correction sheet ICP-OES V1.1 !!! !!!!!!!! TRITON GmbH Rather Broich Düsseldorf (Germany)

Übung zu den Vorlesungen Organische und Anorganische Chemie

2. Übung Allgemeine Chemie AC01

Welches Element / Ion hat die Elektronenkonfiguration 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6. Geben Sie isoelektronische Ionen zu den folgenden Atomen an

Atombausteine Protonen p (1, g; 938 MeV; e + ) Neutronen n (1, g; 939 MeV; 0) Elektronen e - (9, g; 0,511 MeV; e - )

BIOPHYSIK 7. Vorlesung

Vorlesung Analytische Chemie I

Anhang 3.2: Zuordnung der Absorptionsklassen und f 1 -Werte zu den chemischen Verbindungen Absorptionsklassen. Verbindungen

1. Physikalische Grundlagen

Transkript:

ALBERT-LUDWIGS- UNIVERSITÄT FREIBURG Vorlesung Analytische Chemie I Prof. Dr. Christoph Janiak Literatur: 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. 1996 M. Otto, Analytische Chemie, Wiley-VCH, 2. Aufl., 2000 R. Kellner, J.-M. Mermet, M. Otto, H. M. Weidner (Hrsg.), Analytical Chemistry, Wiley- VCH, 2. Aufl. 2004

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-Absorptionsspektroskopie - Fluoreszenzspektroskopie und Fließinjektionsanalyse, FIA - Ionenchromatographie, IC - Neutronenaktivierungsanalyse, NAA - Massenspektrometrie, MS (ICP-MS, SIMS u.a.)

Atom-Emissionsspektroskopien Instrumentelle quantitative Analyse Methode: charakt. Strahlung: Atomemissionsspektroskopie, AES (OES) UV-Vis-Strahlung ( UV-Photoelektronenspektroskopie, UV-PES, UPS) Elektronen Röntgen-Photoelektronenspektroskopie, XPES, XPS, ESCA Elektronen Röntgenfluoreszenzanalyse, RFA Röntgen-Strahlung Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyse, TRFA Röntgen-Strahlung Auger-Elektronenspektroskopie, AES Elektronen Elektronenstrahl-Mikroanalyse, ESMA, EDX/SEM Röntgen-Strahlung "Atom"-Spektroskopien kein Einfluss durch Verbindung/chemische Umgebung Anregung in der Elektronenhülle Emission aus der Elektronenhülle

Prinzip der Neutronen-Aktivierungsanalyse, NAA Probe: Forschungsreaktor: + n - γ Aktivierung durch Neutronen angeregte Probe Messung = Aussendung von Gammastrahlung bei der (n;γ)-reaktion mit thermischen Neutronen Transport, Lagerung zum Abklingen vor Messung γ-detektor

Vor-/Nachteile der NAA Vorteile: absolute Bestimmungsmethode keine Matrixeffekte keine Referenzmaterialien notwendig keine (kaum) chemische Probenvorbereitung simultanes Multielementverfahren Herstellung von zertifizierten Standardreferenzproben Nachteile: aufwendige Ausrüstung Sicherheitsvorkehrungen

Allgemeine Reaktionsgleichung R λ A + n B* + hν* ( + p, α) C + hν ( + β, β +) Reaktionsrate R = N A Φ(E) σ(e) abhängig vom Ort im Reaktor Halbwertszeit des Produktkernes T 1/2 A = Ausgangskern B = Produktkern C = Tochterkern N A = Zahl der Nuklide im Neutronenfeld Φ(E) = Neutronenflussdichte σ(e) = Wirkungsquerschnitt Zerfallskonstante λ = ln2 / T 1/2

Neutronen-(Forschungs-)reaktor Reaktorbecken: thermische Neutronen: En = 0.4 ev Neutronenfluss: 10 11 10 14 cm 2 s 1 (Bildquelle: Hahn-Meitner-Institut, Berlin)

Probe bei NAA kein Probenaufschluss (keine Kontamination/Verlust) (fast) keine Vorbehandlung geschlossene Hülle aus PE oder Quarzglas kein Einfluss der atomaren Bindungszustände Bestrahlung erwärmt Probe Trocknung stark wasserhaltiger biologischer Proben wegen Druckaufbau (Bildquelle: Hahn-Meitner-Institut, Berlin)

Neutronenaktivierungsanalyse (NAA) Spektralbereich: Gamma-Strahlung 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 1µm 1nm 1pm 1fm 1am 10 6 Hz 10-3 cm -1 10 9 Hz 1 cm -1 10 12 Hz 10 3 cm -1 10 15 Hz 10 6 cm -1 10 18 Hz 10 9 cm -1 10 21 Hz 10 24 Hz 10 27 Hz 10 12 cm -1 10 15 cm -1 elektromagnet. Strahlung Wel lenlänge Frequenz Wel lenzahl 1neV 1µeV 1meV 1eV 1keV 1MeV 1GeV 1Te V 10-6 10-3 1 10 3 10 6 10 9 10 12 10 15 Energie k J / mol (aus Römpp-Chemielexikon)

Strahlungsbereiche Spektralbereich NAA

Unterscheidung INAA RNAA INAA RNAA (aus: D. Behne, D. Gawlik, Spurensuche, HMI, Berlin)

Optimierung der Bestrahlungs- und Wartezeit (aus: D. Behne, D. Gawlik, Spurensuche, HMI, Berlin)

Optimierung der Bestrahlungs- und Wartezeit Möglichkeit zur Verbesserung des Signal/Untergrund-Verhältnisses durch Optimierung der Bestrahlungs- und Wartezeit Fall (1): Aktivierung eines kurzlebigen Nuklids neben einem störenden langlebigen Bsp.: Fluor-Analyse in biologischen Proben als F-20 (T 1/2 = 11.4 s) neben vergleichsweise langlebigen Nukliden Na-24 (T 1/2 = 15.02 h), K-42 (T 1/2 = 12.36 h), Cl-38 (T 1/2 = 37.2 min) (Fluor ist nur über kurzlebige Radionuklide nachweisbar.)

Optimierung der Bestrahlungs- und Wartezeit (aus: D. Behne, D. Gawlik, Spurensuche, HMI, Berlin)

Optimierung der Bestrahlungs- und Wartezeit Möglichkeit zur Verbesserung des Signal/Untergrund-Verhältnisses durch Optimierung der Bestrahlungs- und Wartezeit Fall (2): Aktivierung eines langlebigen neben einem störenden kurzlebigen Nuklid. Bsp.: Nachweis von Fe als Fe-59 (T 1/2 = 45.1 d), Se als Se-75 (T 1/2 = 120 d), Rb als Rb-86 (T 1/2 = 18.7 d), Zn als Zn-65 (T 1/2 = 243.6 d) neben kurzlebigen Nukliden P-32 (T 1/2 = 14.3 d) oder Br-82 (T 1/2 = 35.4 h)

Einfluss der Wartezeit Na-24: T 1/2 = 15.02 h, K-42: T 1/2 = 12.36 h, Br-82: T 1/2 = 35.4 h Fe-59: T 1/2 = 45.1 d Gamma-Spektrum von Erythrozyten (Bildquelle: Hahn-Meitner-Institut, Berlin)

Einfluss der Wartezeit Fe-59: T 1/2 = 45.1 d K-40: T 1/2 = 1.28 109 y, Se-75: T 1/2 = 120 d, Mn-54 aus Fe-54 (Bildquelle: Hahn-Meitner-Institut, Berlin)

Nachweisgrenzen in der NAA Menge in g/g * 10 14-10 13 10 13-10 12 (ppt) 10 11-10 10 10 10-10 9 (ppb) 10 9-10 8 10 8-10 7 10 7-10 6 (ppm) 10 6-10 5 nachweisbare Elemente (Z 9 Dy Co, Rh, Ag, In, Eu, Ir V, Mn, Se, Br, I, Pr, Er, Yb, Hf, Th Mg, Al, Cl, Ar, Cu, Ga, Nb, Cs, Sm, Ho, Lu, Re, Au, U F, Na, Ge, As, Kr, Rb, Sr, Mo, Ru, Pd, Sb, Te, Ba, La, Nd, Gd, W, Os, Hg, Tl P, Cr, Zn, Ce S, Zr, Pb, Bi O, Ca * nach 1 h Bestrahlungszeit mit 10 14 n cm 2 s 1. Es wird angenommen, dass 10 Bq eine quantitative Bestimmung erlauben

Nachweisgrenzen in der Analytik Nebenbestandteile Hauptbestandteile Spuren Ultraspuren Spuren Nebenbestandteile 1 ppt 1ppb 1 ppm 1 1% ppt (w/w) ppb (w/w) ppm (w/w) (w/w) % (w/w) 10 12 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

Nachweisgrenzen in der NAA Problemelemente bei NAA: Elemente mit Z 9 kaum Aktivierung von H, Be, C, N durch (n,γ)-reaktionen Li und B geben mit hohen Wirkungsquerschnitten (n,α)-reaktionen eingehen (s. BNCT Bor-Neutronen-Einfangtherapie). nur schwache Aktivierung von O (Sauerstoff) zur Bestimmung dieser leichten Elemente (H, Li, Be, B, C, N, O) besser Aktivierung mit geladenen Teilchen oder mit Photonen.

Anwendung: NAA in der Selen-Forschung Beispiel: Analyse von Selen in Blutbestandteilen und Lebergewebe (Quelle: Hahn-Meitner-Institut, Berlin)

(aus: D. Behne, D. Gawlik, Spurensuche, HMI, Berlin)

Neutronenaktivierungsanalyse, NAA Zusammenfassung Prinzip Kernreaktionen Vor- und Nachteile Probe Optimierung von Bestrahlungs- und Wartezeit Nachweisgrenzen Problem-Elemente bei NAA Anwendung Selen-Forschung