ATOMOVÁ ABSORPČNÍ SPEKTROMETRIE

ATOMOVÁ ABSORPČNÍ SPEKTROMETRIE Atomic Absorption Spectrometry (AAS) (c) -2010 Měří se úbytek intenzity elektromagnetického záření (absorbance) způsobený absorpcí volnými atomy v plynném stavu. Atomy se ze vzorku dostávají do plynné fáze během atomizace. Využívá se zejména rezonanční přechody ze základní E hladiny e - (používají se výhradně čárové zdroje záření!). AAS pro kvantitativní analýzu asi 65 převážně kovových prvků v nízkých koncentracích (stopová analýza). BLOKOVÉ SCHÉMA: ZDROJ ATOMIZÁTOR MONOCHRO- MÁTOR DETEKTOR V AAS a AFS je monochromátor umístěn až za vzorek. Atomy absorbují ve velmi úzkých čarách (10-3 nm), které monochromátory nedokáží vydělit. 1

AAS je nejrozšířenější metodou anorganické prvkové analýzy. Má relativně nízké investiční i provozní náklady. Zásadní nevýhoda: obvykle není možná multielementární analýza. Založena na platnosti Kirchhoffova zákona: rozdíl E při přechodu mezi 2 energetickými hladinami při pohlcení a vyzáření fotonu je co do absolutní hodnoty stejný a liší se jen znaménkem. Optické uspořádání AA spektrometrů a) Jednopaprskový systém: větší propustnost záření, nižší šum a lepší LOD; nižší stabilita nelze eliminovat kolísání intenzity zdroje záření. b) Dvoupaprskový systém: vysoká stabilita (je možné eliminovat kolísání intenzity záření); větší ztráty záření. 2

Multielementární a CS AAS Simultanní analýza v AAS: ETA s echelle monochromátorem a plošným detektorem umožňuje současně analyzovat až 6 prvků s podobnými atomizačními podmínkami. Continuum Source AAS (CS AAS): kontinuální zdroj záření + monochromátor s vysokým rozlišením a plošný CCD detektor. Zdroje primárního záření Téměř výhradně se používají čárové zdroje záření: Výbojka s dutou katodou (HCL hollow cathode lamp) Superlampa Bezelektrodová výbojka (EDL electrodeless discharge lamp) Okrajově se používají kontinuální zdroje záření: laditelné laserové diody, Xe lampy (CS AAS). Pološířka čáry 0,002 nm Převažují rezonanční čáry Princip: doutnavý výboj Jedno- i víceprvkové Výbojka s dutou katodou 3

Zdroje primárního záření Doutnavý výboj v dutině katody HCL: e - přitahovány k anodě srážky s Ar Ar + Ar + přitahován ke katodě vyráží z katody atom atom je excitován nebo ionizován a emituje charakteristické záření Superlampa (boosted lamp) Vnitřní prostor katody je bombardován e - z emitoru intenzivní buzení. Nutný přídavný elektrický zdroj. Potlačena samoabsorpce vyšší intenzita záření. Superlampa David MILDE, 2008 4

Zdroje primárního záření Bezelektordová výbojka Dochází k prstencovému výboji, radiofrekvenční buzení 20-50 MHz. Náplň křemenné baničky (těkavá sloučenina kovu: I - ). Vyrábí se pouze pro některé prvky (rezonanční čáry pod 220 nm). Porovnání s HCL. AAS zbývající instrumentace ATOMIZÁTOR zdroj a rezervoár volných atomů, absorpční prostředí, 2 základní typy: Plamenová atomizace vzorek je kontinuálně přiváděn do atomizátoru vyhodnocuje se výška signálu. Elektrotermická atomizace vzorek je dávkován diskontinuálně vyhodnocuje se plocha nebo výška atomizačního píku. MONOCHROMÁTOR Mřížkové monochromátory. Nejrozšířenější mřížkový v uspořádání Czerny-Turner. U CS-AAS uspořádání echelle monochromátoru. DETEKTOR Převážně se používá fotonásobič (PMT), u nejnovějších spektrometrů CCD detektory. David MILDE, 2010 5

SPECIFICKÁ A NESPECIFICKÁ ABSORPCE Specifická absorpce je způsobena volnými atomy. Nespecifická absorpce, označovaná jako absorpce pozadí může být způsobena: Překryvem spektrálních čar v AAS se vyskytuje zřídka, všechny možné překryvy jsou tabelovány a řešením je volba jiné spektrální čáry. Rozptylem záření při atomizaci často dochází ke vzniku jemných nevypařených kapalných nebo pevných částic, na kterých může docházet k rozptylu záření: Plamenová atomizace nedokonale vypařené kapky aerosolu. Elektrotermická atomizace částice vzniklé kondenzací vypařených látek v chladnějších částech atomizátoru. Molekulární absorpcí je nejčastější formou nespecifické absorpce a je způsobena přítomností nedisociovaných molekul (např. SO, PO, NO, CaO, NaCl). Má širokopásmový charakter a projevuje se v celé oblasti sledovaného spektra. Absorpce pozadí způsobuje kladnou chybu! KOREKCE POZADÍ SEKVENČNÍ měří se celková absorpce na analytické čáře a následně se měří absorpce pozadí na čáře blízké, kde analyt neabsorbuje. Nelze použít pro korekci pozadí měnícího se s časem nebo výrazně s λ. (Dnes se tento způsob již nepoužívá.) SIMULTANNÍ moderní spektrometry jsou vybaveny alespoň jedním typem korekce pozadí: pomocí zdroje kontinuálního záření, s využitím Zeemanova jevu (Z-korekce), metoda samozvratu čáry zdroje primárního záření, modulace vlnové délky (u CS AAS). Správné provedení korekce vyžaduje měření na stejné λ, ve stejném místě a stejném čase. Takto dokonale žádný korekční systém však nepracuje. 6

Korekce pomocí kontinuálního zdroje záření Nejrozšířenější způsob korekce, prostředí atomizátoru je střídavě ozařováno čárovým primárním a kontinuálním zdrojem záření s frekvencí 50-200 Hz. Kontinuální zdroj: UV D 2 výbojka, Vis W žárovka. Záření dopadající z čárového zdroje odpovídá celkové absorpci (specifická + nespecifická) a záření z kontinuálního zdroje odpovídá absorpci pozadí. Specifickou absorpci získáme odečtením signálů. Výhody: nízká cena, vysoká frekvence odečítání signálu. Nevýhody: neměří se ve stejném čase, špatná korekce strukturovaného pozadí, kdy dochází k velkým chybám. Δλ = 0,005 nm Δλ = 0,2 nm Korekce pomocí kontinuálního zdroje záření Začátek měření I HCL = I D2 Specifická absorpce I HCL <I D2 Snížení I D2 zanedbatelné Absorpce pozadí I HCL = I D2 Snížení I stejné Specifická i nespecifická absorpce I HCL = celková abs, I D2 = abs pozadí 7

Korekce pomocí s využitím Zeemanova jevu Zeemanův jev: štěpení energetických stavů e - u atomů nacházejících se v silném magnetickém poli. Normální Zeemanův jev: 1 π složka neposunutá a 2 σ složky posunuty. Anomální Zeemanův jev: složitější a jemnější štěpení obou složek. TRANSVERZÁLNÍ ZEEMAN Siločáry magnetického pole jsou kolmo k optické ose spektrometru. π-složka je polarizována v rovině mag. pole, σ-složky polarizovány kolmo k mag. poli. LONGITUDÁLNÍ ZEEMAN π-složka není ve spektru pozorovatelná, σ-složky jsou cirkulárně polarizovány. 8

Korekce pomocí s využitím Zeemanova jevu Magnetické pole může být stálé nebo proměnné a aplikováno na emitující e - nebo absorbující atomy: Přímá Zeemanova korekce: magnet umístěn na zdroji záření. Technicky velmi obtížné problémy se stabilitou a životností výbojek. Inverzní Zeemanova korekce: magnet umístěn na atomizátoru. V současnosti se používají 3 systémy s inverzním uspořádáním. Transverzální Zeeman s konstantním magnetickým polem Při průchodu záření paralelně polarizovaného s mag. polem absorbuje π- složka celková absorpce. Při průchodu záření kolmo polarizovaného absorbuje pozadí. Korekce pomocí s využitím Zeemanova jevu Transverzální Zeeman s proměnným magnetickým polem Statický polarizační filtr propouští pouze σ-složku. Magnet vypnutý celková absorpce. Magnet zapnutý absorpce pozadí. Longitudální Zeeman s proměnným magnetickým polem Magnet vypnutý celková absorpce. Magnet zapnutý absorpce pozadí. 9

A Korekce pomocí s využitím Zeemanova jevu Výhody: korekce přesně v místě spektrální čáry, jako jediný koriguje strukturované pozadí. Nevýhody: snížení citlivosti, spektrální rušení, nelinearita kalibrační křivky. Modulace vlnové délky U spektrometrů s kontinuálním zdrojem záření, monochromátorem s vysokým rozlišením a plošným detektorem. Pozadí se koriguje z časového záznamu spektra v digitální formě derivace absorpčních profilů. c Korekce s využitím samozvratu čáry (metoda Smith-Hieftje Hieftje) Využívá se rozšíření a samozvratru čáry primárního zdroje vlivem samoabsorpce při přežhavení HCL. Střídá se: Normální žhavení (3-20 ma) měří se celková absorpce. Přežhavení (až 300 ma) po krátkou dobu měří se absorpce pozadí. Uklidňovací fáze výboj se vrací no normálního režimu. Nevýhody: snížení citlivosti, snížení životnosti HCL, pro některé prvky nelze dosáhnout samozvratu, nelinearita kalibračních křivek. λ 0 λ 0 10

Metody atomové absorpční spektrometrie atomizační techniky AAS Plamenová atomizace Generování těkavých sloučenin Elektrotermická atomizace Plamenová atomizace Flame Atomization AAS (FA-AAS) AAS) David MILDE, 2010 11

Roztok vzorku je ve zmlžovači převeden na aerosol a ten je zavede do laminárně předmíchaného plamene. Plamen: probíhá hoření, tj. chemická reakce mezi palivem a oxidovadlem. Plamen musí být průzračný v užívané spektrální oblasti (190-850 nm), mít slabou vlastní emisi, co největší účinnost atomizace a nízký stupeň ionizace. 3 základní části u FA-AAS Štěrbinový hořák: -Ti, nerez - délka štěrbiny ZMLŽOVAČE Pneumatické nízká účinnost; spotřeba vzorku asi 5ml/min. Ultrazvukové vysoká účinnost Hydraulický vysokotlaký zmlžovač Koncentrický pneumatický zmlžovač Babingtonův zmlžovač 12

Hydraulický vysokotlaký zmlžovač Účinnost zmlžování okolo 90 %. David MILDE, 2008 PLAMEN V AAS se nejčastěji používají laminární předmíchané plameny. Plamen se skládá z paliva (téměř výhradně C 2 H 2 ) a oxidovadla (vzduch nebo N 2 O). C 2 H 2 vzduch: C 2 H 2 + 5/2 O 2 + 10 N 2 2 CO 2 + H 2 O + 10 N 2 C 2 H 2 N 2 O: C 2 H 2 + 5 N 2 O 2 CO 2 + H 2 O + 5 N 2 Plameny se liší přítomnosti radikálů a teplotou, plamen se vzduchem dosahuje 2200 C a plamen s N 2 O 2700 C. Chemické reakce v plameni plamen obsahuje řadu radikálů a atomů, které se podílejí na reakci s analytem a vedou k tvorbě oxidů, hydroxidů, hydridů apod.: disociace závisí na teplotě a povaze molekuly, redukce disociace oxidů a jejich redukce v mezireakční zóně, ionizace prvků (je v AAS nežádoucí). 13

Struktura plamene Předehřívací zóna zahřátí plynů na zápalnou teplotu (600-800 K). Primární reakční zóna (zvětšuje se s množstvím paliva) probíhá zde hoření a radikálové reakce, které způsobují molekulární emisi. Mezireakční zóna (REDUKČNÍ PODMÍNKY) není ovlivňována O 2 z okolní atmosféry a oxidovadlo bylo spotřebováno v primární zóně. Redukční radikály: CO, CN, C 2, CH, NH. Sekundární reakční zóna dohořívání způsobené difusí O 2 z atmosféry. Tvoří se oxidační radikály: O, OH, NO, NCO. Analytické využití: mezireakční zóna a těsně nad ní. Optimalizace: optimální výška pozorování a složení plamene pro každý prvek. Základní pochody při atomizaci 14

Koncentrační trubice STAT Zásadní nevýhody FA-AAS: nízká citlivost, vysoká spotřeba vzorku. Zlepšení detekčních limitů: použití ETA-AAS koncentrační trubice STAT zejména pro lehce atomizovatelné prvky INTERFERENCE Interference = efekt rozdílné velikosti signálu, kterou získáme pro stejnou koncentraci analytu v čistém standardu a za přítomnosti doprovodných složek (matrice). Interference se dělí na: SPEKTRÁLNÍ NESPEKTRÁLNÍ vliv matrice Z hlediska výskytu se dělí na: interference v kondenzované a plynné fázi. Z hlediska studia interferencí se dělí na fyzikální a chemické. Interferenční křivka: Abs fyzikální chemické c interferntu 15

Interference v FA-AAS AAS Interference v kondenzované fázi: Interference transportu změny v rychlosti sání a účinnosti zmlžování vliv viskozity, povrchového napětí a solnosti roztoků. Interference vypařování: VZNIK MÉNĚ TĚKAVÉ SLOUČENINY snížení signálu VZNIK TĚKAVĚJŠÍ SLOUČENINY zvýšení signálu ELIMINACE: volba podmínek (složení plamene), úprava výšky pozorování, uvolňovací činidla (např. LaCl 3, EDTA). Interference v plynné fázi: Posun disociační rovnováhy Posun ionizační rovnováhy ionizační interference; ELIMINACE: ionizační pufr zvýšení tlaku e - v plameni. Identifikace nespektrálních interferencí: porovnání směrnic kalibrační přímky a přímky u standardních přídavků. Elektrotermická atomizace Electrothermal atomization AAS (ETA-AAS) AAS) 16

C W FA nedosahuje detekčních mezí potřebných pro chemickou praxi (FA mg/l, ETA μg/l). ETA: atomizátor obvykle ve tvaru trubičky (Massmannova konstrukce) je zahříván na teplotu potřebnou pro vznik volných atomů pomocí elektrického proudu: Odporově vyhřívané vkládá se napětí na konce atomizátoru. Kapacitně vyhřívané vkládají se opačné elektrické náboje. Indukční využívá se indukce elektromagnetického pole. Jako materiál atomizátoru se používají zejména různé modifikace grafitu a okrajově některé těžkotavitelné kovy, např. Ta a W. Max. teplota 3000 C 3200 C Max. rychlost ohřevu 2000-3000 K/s 10000 K/s Měrný el. odpor 2,0 W.cm.10-3 0,005 W.cm.10-3 Atomizační hlavice 17

Modifikace a úpravy grafitu Polykrystalický elektrografit chemicky odolný a mechanicky pevný; velká viskozita povrchu umožňuje vsakování vzorku do struktury grafitu paměťové efekty. Dále dochází ke tvorbě karbidů s některými prvky (Ti, Zr,W, Ta ty nelze stanovit). Elektrografit potažený pyrolytickou vrstvou vrstva je téměř neporézní, je snížena reaktivita povrchu, paměťové efekty i tvorba karbidů. Problémy způsobuje prokorodování pyrolytické vrstvy zejména působením kyselin. TPC kyvety zhotoveny z pyrolytického grafitu, jejich rozšíření brání vysoká cena. Kromě dobrých vlastností povrchu mají také delší životnost. Kyvety s prodlouženou životností silnější pyrolytická vrstva. Karbidování elektrografit je pokryt karbidy, např. Ti,W. Wolframové atomizátory WETA Ochranná atmosféra: Ar + H 2 zabránění oxidace povrchu. Netvoří se karbidy, eliminace paměťových efektů, nenasákavý povrch, nízká cena atomizátorů. Atomizátor poškozuje organická matrice, rekrystalizace W; vysoká rychlost ohřevu vyžaduje spektrometry s vysokou frekvencí snímaní signálu (přechodové signály) vysoká cena. 18

Atomizátory Porovnání účinnosti grafitových atomizátorů: 100 μg Mo + 1% HN0 3 + 0,5 % Fe a HClO 4 ; T = 2750 C David MILDE, 2008 Dávkování vzorků do ETA Kapalné vzorky (95% aplikací): V = 5-100 μl, automatické podavače lepší RSD, depozice aerosolu do ETA. Suspenzní technika: (Slurry sampling) pevný vzorek se namele na definovanou velikost a dávkuje se v podobě homogenní suspenze pomocí automatického podavače. Komplikace s kalibrací. 19

Dávkování vzorků do ETA Pevné vzorky (tzv. Direct Solid Sampling): Tento způsob není příliš běžný zejména kvůli problematické kalibraci vhodné kalibrační standardy. Používá se pro obtížně či zdlouhavě rozložitelné vzorky, např. keramika, Al 2 O 3, TiO 2, ZrO 2, SiC, BN, TiC. U těchto vzorků výrazně zkracuje čas analýzy, dosahované LOD ppb. Časový průběh absorbance atomizační pík T ap teplota objevení signálu τ 1 doba atomizace, τ 2 střední doba setrvání atomů Vyhodnocení absorbance plocha či výška píku. 20

Základní pochody při atomizaci v ETA 2 skupiny dějů: děje vedoucí ke vzniku volných atomů, děje vedoucí k zániku nebo odstranění atomů z optické osy. Dělení z hlediska časové posloupnosti: 1. Vypařování analytu v molekulární a atomární formě. 2. Disociace molekulárních forem analytu v plynné fázi a následné reakce volných atomů se složkami atmosféry v atomizátoru. 3. Reakce mezi povrchem atomizátoru a složkami plynné atmosféry. 4. Fyzikální transportní děje v atomizátoru. Mechanismy atomizace grafit (ad 1 a 2) 1. Vypaření jako oxid, následná disociace: M X O Y (s,l) M X O Y (g) xm(g) + yo(g) 2. Termický rozklad v pevné fázi: MO (s) M (g) + O (g) 3. Redukce na kov v kondenzované fázi, následné vypaření: M X O Y (s,l) + yc xm(s,l) + yco(g) xm(g) 4. Vypaření halogenidu a jeho následná disociace: MX Y (s,l) MX Y (g) M(g) + yx(g) 21

Mechanismy atomizace wolfram (ad 1 a 2) 1. Redukce oxidu wolframem v Ar atmosféře: 3 MO(s,l) + W(s) 3M(s,l,g) + WO 3 (s,g) 2. Mechanismy za přítomnosti H 2 vatmosféře: MO(s,l) + H 2 (g) M(s,l,g) + H 2 O(g) 2 MO(s,l,g) + 1/3 W + H 2 2M(s,l,g)+1/3 WO 3 (s,g) + H 2 O(g) 3. Vypaření oxidu a jeho následná disociace v plynné fázi: M x O y (s,l) M x O y (g) xm (g) + yo (g) INTERAKCE ANALYTU S MATERIÁLEM ATOMIZÁTORU (ad 3) Povrch grafitu je za vysokých teplot vysoce reaktivní, je pravděpodobná celá řada reakcí s analytem i složkami matrice vzorku. Sorpce kyslíku tvoříse různé oxidy stabilní do 950 o C. Chemisorpce a tvorba termicky stabilních sloučenin. Interakce grafitu s analytem za tvorby lamelárních sloučenin reagující složka vstupuje mezi jednotlivé acénové vrstvy grafitu. VÝSTUP VOLNÝCH ATOMŮ Z ATOMIZÁTORU (ad 4) Zánik atomů ve vnitřním prostoru atomizátoru. Výstup atomů na koncích atomizátoru či dávkovacím otvorem: Konvekce uplatňuje se, proudí-li ve fázi atomizace vnitřní inert. Expanze tepelná nebo vývin plynů vznikajících při rozkladu matrice. Difúzní transport je rozhodující u gas stop programů; vzniká díky koncentračním gradientům v atomizátoru a jeho okolí. 22

Teplotní program v ETA Analýza v ETA má několik fází (teplotních kroků), které musí být důkladně optimalizovány. Teplotní krok je charakterizován: rychlostí nárůstu teploty, dobou zdržení (tj. doba, po kterou je teplota udržována), typem inertního plynu. Spojení teplotních kroků = teplotní program: 1. Fáze sušení Abs 2. Fáze pyrolýzy (rozkladu) 3. Fáze atomizace 4. Fáze čištění 5. (Fáze chlazení) T Teplotní program v ETA David MILDE, 2008 23

Teplota atomizátoru Rozhodující faktor ovlivňující atomizační mechanismus je teplota v atomizátoru její časový průběh a rozložení v prostoru. Teplota atomizátoru na počátku atomizace po určitou dobu roste a pak je konstantní v čase ale ne v prostoru teplotní gradient podél osy atomizátoru. Neizotermičnost atomizačního děje je příčinou negativních jevů (kondenzace v chladnější části, reakce volných atomů s matricí). Odstranění neizotermičnosti: prostorová příčně vyhřívané atomizátory, časová L vovova platforma. Parametry charakterizující podmínky atomizace: teplota atomizačního povrchu a teplota plynné fáze, rychlost ohřevu atomizátoru. Prostorová neizotermičnost Podélně vyhřívaný atomizátor = nekonstantní teplota. Příčně vyhřívaný atomizátor = prostorově konstantní teplota; zhoršení LOD kvůli kratší optické dráze. David MILDE, 2008 24

Časová neizotermičnost Vzorek se vypařuje do atmosféry o konstantní teplotě platforma zpozdí vypařování, dokud stěna a plyn nejsou teplejší. Vyhřívání platformy 3 složky: zářivé teplo ze stěn atomizátoru, horký inertní plyn (má být co největší), tepelná vodivost dotykem platformy a kyvety (má být co nejmenší). ETA další vývoj Slavin zavedl (80. léta) STPF koncept Stabilized Temperature Platform Furnace. Koncept zahrnuje: rychlý ohřev, zastavení vnitřního inertu během atomizace, vyhodnocování abs pomocí plochy píku. Další vývoje atomizátorů (nezavedeny komerčně): dvoustupňový atomizátor, grafitový atomizátor sloužící jako reaktor, atomizace ze sondy: 25

Interference v ETA-AAS AAS Interference v kondenzované fázi: Změna rozložení analytu na atomizační podložce. Změna nasákavosti atomizační podložky koroze HClO 4. Vznik snadno těkavé sloučeniny a ztráty analytu během termické úpravy. Vznik termicky stabilní sloučeniny a její nedostatečná atomizace. Interference v plynné fázi: Posun disociační rovnováhy. Změna rychlosti výstupu analytu z atomizátoru. ELIMINACE: většinu interferencí lze eliminovat použitím modifikátorů a zvýšením izotermičnosti atomizace příp. použitím jiného atomizačního povrchu. MODIFIKÁTORY MATRICE Jsou to látky, které jsou schopny ovlivnit průběh termické úpravy nebo atomizační mechanismus, přičemž nesmí obsahovat stanovovaný prvek. Principy působení modifikátorů: Pokles neselektivní absorpce během atomizace tím, že matrice je převedena na těkavější formu o vytěká z atomizátoru před atomizací. Zvýšení účinnosti atomizace pomocí stabilizace analytu do vyšších teplot. Je možné použít vyšší atomizační teplotu a lépe rozložit matrici. Př. modifikátorů: Pd, Ni ve formě NO 3-, Mg(NO 3 ) 2 NH 4 H 2 PO 4, askorbová kyselina Směsné modifikátory, např.: Pd + Mg(NO 3 ) 2 26

PŮSOBENÍ MODIFIKÁTORŮ a) Redukce na kov a tvorba intermetalických sloučenin: Pd + Pb Pd 3 Pb nebo Pd 3 Pb 2. b) Oxidace matrice NO 3- (např. Mg(NO 3 ) 2 ) zvyšují těkavost matrice, zvláště organických sloučenin. c) NH 4 H 2 PO 4 stabilizuje analyt tvorbou termicky stabilních solí: Pb 3 (PO 4 ) 2. d) Tvorba těkavých komponent převedení těžce těkavé matrice v lehce těkavou: NaCl + NH 4 NO 3 NH 4 Cl + NaNO 3 e) Organická činidla (askorbová kyselina, EDTA) tvorba komplexů s analytem či matricí. f) Tvorba lamelárních sloučenin s grafitem. Generování těkavých sloučenin v AAS 27

Pro generování těkavých sloučenin se používá: generování těkavých hydridů: As, Se, Bi, Ge, Sn, Te, In, generování málo těkavých hydridů: In, Tl, Cd, Zn, metoda studených par generování par Hg, generování těkavých nanočástic Ag a Au. generování těkavých organokovových sloučenin (VIII. B), halidů, oxidů a chelátů. Fáze generování těkavých sloučenin: převedení analytu na těkavou formu (např. hydrid) v kapalné fázi, převod těkavé formy do plynné fáze a její transport, atomizace těkavé sloučeninu (např. z SeH 2 Se). VÝHODY: Separace analytu od matrice vyšší koncentrace analytu v absorpčním prostředí a významné potlačení interferencí. Možnost zařazení kolekčního prvku zakoncentrování analytu a následná atomizace. Nízké LOD nejlepší ze všech atomizačních technik v AAS. David MILDE, 2010 Generování hydridů Hydride generation AAS (HG-AAS) Jedná se o nejrozšířenější metodu generování těkavých sloučenin, v praxi se používá zejména pro stanovení As, Se, Sb a Sn. Generování hydridů převedení na plynný hydrid 1. Reakce s NaBH 4 v kyselém prostředí BH 4- + 3H 2 O + H + H 3 BO 3 + 8H (atomární vodík) M m+ + (m+n)h MH n + mh + Př.: 3BH 4- + 4H 2 SeO 3 + 3H + 3H 3 BO 3 +4SeH 2 +3H 2 O 2. Reakce kov/kyselina (Zn/HCl) ke tvorbě H (okrajové použití). 3. Elektrochemické generování hydridů redukce analytu na hydrid na povrchu katody, není nutno používat žádná redukční činidla. 4. Fotochemické generování hydridů. David MILDE, 2010 28

Podmíky pro generaci (s NaBH 4 ) NaBH 4 se používá jako 0,5-1 % roztok v alkalickém prostředí (NaOH, KOH). Vzorek je v kyselém prostředí: 0,1-6 M HCl. Analyt musí být ve vhodné oxidační formě pro redukci, tedy anorganické formě, př: As 3+ se v 0,1-2 M HCl redukuje na AsH 3 Se 4+ se ve 2-6 M HCl redukuje na SeH 2 Sb 3+ se v 0,1-3M HCl redukuje na SbH 3 Je-li analyt ve vyšším oxidačním stavu (As 5+, Sb 5+, Se 6+ ) musí se provést předredukce: As a Sb reakce s KI, Se zahřátí na vodní lázni. Uspořádání generátorů 1. Kontinuální generátor (signál má konstantní charakter). 2. Dávkový generátor (časově závislý tvar signálu). 1 2 David MILDE, 2010 29

Uspořádání generátorů 3. Dávkování do proudu FIA (flow injection analysis). Příprava vzorku i dávkování probíhá automaticky v uzavřeném systému. David MILDE, 2010 Transport a kolekce hydridů Separátory fází: hydrostatický, využívající rozdílu specifických hmotností, membránové. Transport hydridů nucený tok inertním plynem Ar, N 2. Kolekce hydridů (zakoncentrování): vymrazováním U trubice ponořená do kapalného N 2, in situ v ETA. David MILDE, 2008 30

Atomizace hydridů techniky používané pro výzkum Difuzní plamen Ar+H 2 připojení ke zmlžovači a v plameni dochází k velkému zředění hydridu (okrajové použití). V ETA grafitový i W atomizátor: Zachycení v atomizátoru (in situ trapping) 200-700 C. Atomizace ~ 2200 C. Plamínek v křemenné trubici atomizace je způsobena H radikály v plameni H 2 +O 2, atomizátor není vyhříván, teplotu pro atomizaci hydridu zabezpečuje plamen. David MILDE, 2010 Atomizace hydridů křemenná trubice technika pro běžné použití Vyhřívaná křemenná trubice tvar T, t = 800-1100 C. Hydridy jsou přiváděny inertním plynem. Kompletní atomizace v oblaku H radikálů vznikajících reakcí H 2 s O 2 (z roztoku); H radikály jen v malé části trubice. Multiatomizátor: Přívod O 2, ten reaguje s H 2 a při zvýšené teplotě vznikají H radikály, které jsou pak v prostoru celé trubice. Lepší LOD, opakovatelnost i linearita kalibrací. MULTIATOMIZÁTOR David MILDE, 2008 31

Interference v HG-AAS Interference v kondenzované fázi: Nedokonalá mineralizace vzorku analyt není v potřebném oxidační stavu + uhlíkaté zbytky, které snižují účinnost tvorby hydridů. Přítomnost oxidačních činidel (No x, Cl). ELIMINACE: dokonalá mineralizace, odpaření zbytků kyselin. Přítomnost anorganických iontů ve vysokých koncentracích snížení účinnosti uvolnění hydridů. Interference v plynné fázi: Vzájemné ovlivnění hydridotvorných prvků. Stanovení Hg pomocí AAS Hg má dostatečnou tenzi par i za laboratorní teploty. FA a ETA nemají dostatečnou citlivost pro stopovou analýzu, v praxi se nepoužívají. Uhlíkový povrch grafitového atomizátoru redukuje Hg 2+ na Hg 0 a tak dochází k úniku par Hg z atomizátoru. Metoda studených par (cold vapor AAS, CV-AAS) redukční vyvíjecí metoda pro vydestilování par Hg: P 0 REDUKCE Hg 2+ + SnCl 2 Hg 0 TRANSPORT PAR Ar, N 2,vzduch SUŠENÍ silikagel ZAKONCENTROVÁNÍ amalgamátor MĚŘENÍ Abs P 32

Stanovení Hg pomocí AAS Termooxidační stanovení Hg: Analyzátory TMA 254, AMA 254. Termooxidační rozklad vzorku v proudu O 2 a následné zachycení a zkoncentrování Hg v amalgamátoru. 33