ANALYTICKÉ METODY STOPOVÉ ANALÝZY

Transkript

1 ANALYTICKÉ METODY STOPOVÉ ANALÝZY Požadavky na analytické metody: - robustnost (spolehlivost) - citlivost - selektivita stanovení - možnost automatizace Klasická chemická roztoková analýza většinou nevyhovuje - metody instrumentální Anorganická analýza 1. prvky (většinou kovové) AAS: plamenová, s elektrotermickou ionizací v grafitové kyvetě, metoda studených par - Hg, hydridová metoda AES: atomová emisní spektroskopie s indukčně spřaženým plazmatem (ICP) atomová fluorescenční spektroskopie hmotnostní spektroskopie s ICP nebo laserem polarografie, voltametrické metody iontvě selektivní elektrody UV-VIS elektronová mikrosonda RTG analýza 2. ionty (většinou anionty, ale i kationty) UV-VIS spektroskopie polarografie, voltametrické metody HPLC - iontová chromatografie, chromatografie iontových párů FIA -průtoková analýza Požadavky na vybavení laboratoře: snadná omyvatelnst, dobře fungující klimatizace a prachové filtry (prach: 10% Ca, 5 % Si, 3 %Fe, 1.5 %Al, Na, atd.)

2 uzavřené přetlakové boxy. Omývání roztokem EDTA a destilovanou vodou. Nádobí: sklo, křemen, Teflon (nejlepší), nutnost minimální sorpce na stěny nádobí. Vyluhování nádobí minerálními kyselinami. Nepoužívat poleptané nádobí - sorpce látek, nepoužívat tuky na zábrusy. Koncentrační techniky: převedení na těkavou sloučeninu (SiF 4, GeCl 4 ), extrakce, iontová výměna, elektrolytické vyloučení na rtuťové elektrodě. Organická analýza - spektrální a chromatografické metody a jejich kombinace MS - hmotnostní spektrometrie FTIR spektrometrie UV-VIS spektrometrie fluorescenční spektrometrie GC - plynová chromatografie HPLC - kapalinová chromatografie GC-MS, GC-FTIR, GC-AES HPLC-MS, HPLC-FTIR TLC, HPTLC HPCZE elektrochemické metody radioimunoanalýza enzymatické metody FIA - průtoková analýza Přehled koncentračních rozsahů běžně používaných metod 100 pg/ml 1 ng/ml 10 ng/ml 100 ng/ml 1µg/ml < hmotnostní spektroskopie > < spektroskopie UV, fluorimetrie > < GC/ECD > < GC/FID > < DPP > < RIA >

3 Spektrální metody - stanovení kovových prvků 1. laserová AES ~ g 2. ICP-AES ~ µg/l 3. plazmová AFS ~ µg/l 4. plamenová AAS ~ µg/l měření pevných vzorků (LAES) měření v roztocích - AAS - jeden prvek AES, AFS - současně více prvků Předběžné úpravy vzorků s obsahem <ppb - obohacení extrakcí nebo sorpcí na katexech Optimalizace citlivosti (meze detekce) - volba spektrální čáry, prodloužení doby integrace signálu, optimalizace průtoku plynu (excitační teploty plazmatu) a příkonu ve vf cívce ( K, cca 2.5 kw - Ar/Ar plazma; cca 15 kw Ar/N 2 plazma) U prvků s nízkou excitační energií - čáry iontové citlivější než atomové - Hg, As, Se - tvorba hydridů při "flow injection analýze" s AAS metodou studených par AAS s grafit. kyvetou citlivější než plamenová AAS 5. hmotnostní spektrometrie kovových iontů - jiskrová (tuhé vzorky) ICP (roztoky) 6. extrakční spektrofotometrie Tvorba barevného komplexu kovu s činidlem. extrakce do org. rozpouštědla, měření absorbance ve VIS oblasti např. Cu - dithizon extr. činidla amylalkohol Ni - dimethylgyloxim chloroform P, As, Si - molybdenová modř ethylacetát 7. fotometrická mikrotitrace - pro obsahy cca 1-10 ppm

4 - stanovení organických látek 1. UV-VIS spektrometrie, případně spojení s FIA většinou málo selektivní - screening nebo po separaci HPLC, TLC neabsorbující látky - derivatizace - zavedení chromoforu do molekuly (většinou aromatické jádro s NO 2 skupinou) Stanovení v ng; omezené využití pro identifikaci a strukturní analýzu 2. IČ spektrometrie specifická, pro stopovou analýzu vyhovuje citlivost FTIR přístrojů v ng , citlivější než scanovací IČ spektrometry citlivé pyroelektrické detektory (monokrystaly síranu triglycinu, tellurid Cd- Hg) počítačové zpracování dat - rychlé měření - časové průměrování a akumulace spekter, vyhlazování spekter, jejich adice nebo substrakce, diferenční spektrometrie mikrovzorky - tabletky s KBr o průměru 1 mm, reflexní technika - odpaření kapky vzorku na zrcátku o průměru 2 mm zlepšení rozlišení: FTIR, teplota kapalného N 2, matricové izolační spektrum - v cca 10% přebytku zřeďující látky (kaplný N 2 ) - ostrá spektra kombinace GC-FTIR, LC-FTIR stanovení ne příliš specifické - identifikace, strukturní analýza - zvýšení citlivosti obohacením vzorků 3. laserová Ramanova spektrometrie i vodné roztoky, malé vzorky - mikrometody - soustředění paprsku v mikrosondě na plochu o průměru 1 µm nebo v mikrocele pro chromatografii 4. fluorimetrie, fluorescenční spektrometrie přirozená fluorescenec (PAH, aflatoxiny, apod.) derivatizace - zavedení fluoroforu do molekuly - aminokyseliny, aminy, fenoly - citlivější než UV/VIS o více jak 2 řády, meze detekce - ng, pg selektivní optimalizace citlivosti a mezí detekce - λ ex, λ em, rozpouštedlo, ph, odstranění látek zhášejících fluorescenci (kyslík,...), ni žší teplota kombinace s TLC - chromatografie na vrstvě adsorbentu s fluoresceinem (indikátorem) (temné skvrny pod UV světlem) nebo po extrakci z adsorbentu

5 kombinace s HPLC v průtokovém systému - na kapilárních kolonách - cela o objemu v nl, laserem indukovaná fluorescence anorganická analýza - důkazy a stanovení iontů po reakci s organickými činidly - morin, 8-chinolin, rhodamin B, azobarviva, deriváty salicylaldehydu důkazy - pozorování fluorescence ve viditelném nebo UV světle g stanovení - fluorimetry odměrná analýza s fluorescenčními neutralizačními indikátory a oxidačněredukčními indikátory (rhodamin B) zhášení fluorescence nadbytkem oxidovadla, adsorpční jevy (argentometrie - adsorpce na povrchu sraženiny - změna zbarvení či zhášení v přítomnosti Ag + či X - iontů (fluorescein, chinin, rhodamin GG,...) - metalofluorochromní indikátory Chemiluminiscence fluorescence při chemických reakcích - např. luminol (hydrazid 3- aminonaftalenové kyseliny + H 2 O 2 - až 10-9 g/l kovů - oxidační katalyzátory (Ag +, Cu 2+, Fe 3+, Cr 3+, Co 2+, Bi 3+ Bioluminiscence např M ATP v biologických vzorcích + luciferin + luciferasa + Mg 2+ + O 2 - oxidace (562 nm)

6 Detekční systémy v chromatografii Zaznamenávání rozdílu signálu při průchodu čisté mobilní fáze (eluátu) a mobilní fáze obsahující separovanou složku. Klasifikace detektorů - integrální diferenciální - destruktivní nedestruktivní - koncentrační odezva hmotnostní odezva dc/dv dm/dv změna hmotnostní koncentrace látky v eluátu změna rychlosti přívodu detegované látky do detektoru Koncentrační detektory - citlivost S c A.F m m h.x.f m m Hmotnostní detektory - citlivost S - odezva detektoru A - plocha h - výška x - šířka píku v polovině F m - průtok mobilní fáze m - hmotnost látky S m A m h.x m

7 Rozdělení podle selektivity - univerzální - odezva pro všechny typy zkoumaných látek refraktometr, hmotnostní detektor, detektor rozptylu světla - selektivní - pro určité třídy látek - UV detektor, ECD - specifické - pro úzce ohraničenou skupinu látek - fluorescenční det. Odezva detektoru Charakterizace: - stabilita nulové linie - její časový a tepelný drift - kolísání okolo střední hodnoty - šum vf šum, nf šum, charakterizace detektoru poměrem s/š (S/N) - lineární dynamický rozsah - rozmezí koncentrací, kde platí S a.c r logs loga r.logc r mimokolonové příspěvky - rozšiřování elučních zón. Co nejmenší objem měřících cel krátká optická dráha - nutnost kompromisů - citlivost detektoru - množství látky vyvolávající určitou velikost signálu - minimální detegovatelné množství - množství látky, které je možno ještě detegovat při určitém poměru S/N (nejčastěji S/N = 2 nebo 3). Zahrnuje v sobě i vlastnosti separačního systému - reprodukovatelnost odezvy - směrodatná odchylka odezvy detektoru na určitou, stále stejnou koncentraci látky při opakovaném měření

8 Detektory pro plynovou chromatografii teplotně vodivostní TCD ng, ochlazování žhaveného vlákna průchodem plynu. K. plam. ionizační FID pg, spalování org. látky, změna vodivosti plamene. H. alkalický ionizační AFID pg, pro S, N, P, korálek se solí alkalického kovu - podpoření ionizace. H. fotoionizační PID pg, ionizace UV zářením, nastavení ionizační energie pro určitý typ látek. H. termoionizační TID pg, jako AFID, místo plamene vyhřívaná hrudka soli Rb, Cs, vys. odezva pro N, P. H. elektron. záchytu ECD pg, zdroj β-záření, ionizace nosného plynu(ar) - ionizace stanovovaných molekul, odezva pro halogeny. H. heliový HECD pg, obdobný jako ECD hmotnostní MS pg, hmotnostní spektrometr jako detektor, nastavení univerzální specifické. H. infračervený FTIR ng, Fourierova transformace. K. plamenově fot. FPD pg, sleduje se chemiluminiscence, pro N, S, P. H. atomový emisní AED pg, indučně spřažené plazma - atomizace + excitace do vyšších hladin - sledování záření pro určité prvky. H. elektrolytický pg, spalování látek v plynné fázi, absorpce spalin do vody, měření vodivosti. Odezva S, N, X. K. term. energie TEA pg, sleduje se chemiluminiscence nitrosylderivátu s ozonem, pro nitrosaminy. H.

9 Detektory pro HPLC 1. fotometrické nejběžnější UV a VIS oblast stálá nebo proměnná vlnová délka, diode array meze detekce cca ppm. K. 2. fluorimetrické UV a VIS oblast Hg výbojka + filtry, deuteriová lampa nebo xenonová výbojka + monochromátor, na emisní straně filtr nebo monochromátor vysoká selektivita, zvýšení citlivosti pulsním uspořádáním mez detekce ppb. K. 3. elektrochemické amperometrické, coulometrické, vodivostní tuhé elektrody - zanáší se, obtížná reprodukovatelnost různé uspořádání elektrod - koncentrické, wall-jet, rtuťová elektroda - obnovitelný povrch detekce oxidovatelných nebo redukovatelných látek mez detekce ppb. K.