Geokémiai adatok Minta: amin az analitikai vizsgálatot történik: szilárd, folyadék, gáz pont- átlagminta (tér, idő) Mintagyűjtés - mintavétel [tervezés; szabvány; szelvény, fúrás, forrás, épület, mérőállomás, út(kereszteződés), törésvonal, barlang, véletlen, stb.]: - hely, idő, mód (a kutatási célhoz, feladathoz, és a minta milyenségéhez igazodik; reprezentatív) - mennyiség (> mint az elemzéshez szükséges, átlagminta, tartalékminta, szilárd: 1kg, folyadék: 1-2 l, gáz: változó gondos és pontos Mintakonzerválás: fizikai, kémiai, biológiai Mintavétel dokumentálása: jegyzőkönyv, egyértelmű, részletes Mintaelőkészítés: redukálás, keverés, átlagminta analitikai eljárás szerint: ha szükséges, lehet szárítás, aprítás, porítás, égetés, szűrés, vágás, csiszolás, homogenizálás, stb. szennyezés elkerülése: (fémtárgyak használata, helyette achát, korund vagy gyémánt), azaz a mérendő komponens kizárása gondos és pontos
Analitikai hibák Geokémiai adat: a gondos gyűjtés, mintaelőkészítés és kémiai elemzés eredménye Analitikai mérések hibával terheltek (készülék és az eljárás hibái): 1/ módszeres (szisztematikus) hiba: mindig azonos előjelű, az analitikai berendezés felépítése, alkalmazott fizikai-kémiai folyamatok korlátai, mátrixhatás, háttérsugárzás, holt idő, stb. okozza, számítható és korrekcióba vehető 2/ véletlen (statisztikus) hiba: változó előjelű, az analitikai körülmények ellenőrizhetetlen ingadozásai, radioaktív bomlás, az elemző szubjektív hibái, stb. okozzák, több, párhuzamos mérés és az adatok átlagolásával csökkenthető, általában 2-3 mérés Szórás: az egyes mérések eltérésenek nagysága okozza az adatok szórását. A relatív százalékos hiba: számított értéktől való eltérés. Az abszolut hiba: várt értéktől való eltérés.
Reprodukálhatóság, pontosság és megbízhatóság Reprodukálható, de nem pontos
Nem pontos és nem reprodukálható
Pontos, de nem reprodukálható
Pontos és reprodukálható
Reprodukálhatóság: az eredmények megismételhetősége; számértéke a szórás. Pontosság: az adatok átlagának egyezése a valódi értékkel, a módszeres hiba határozza meg. Megbízhatóság: az adatok reprodukálhatók és pontosak.
Nedves kémiai analízis • Szilárd minták oldása különböző feltárási módszerekkel (porítás -> hideg, majd forró desztillált víz -> híg hideg, majd forró sav (HCl) -> hig lúg (NaOH) -> ömlesztés -> cc.H2SO4 és HF a szilikátok feltárására, • XVIII. sz. második felétől, az 1950-es évekig, főelem meghatározás, térfogat (titrimetrálás) és/vagy tömegmérési (gravimetriai) technikák, • Hosszadalmas, költséges (vegyszerek->környezet), nagy mintamennyiség, kicsi elemzési hiba.
Lángfotometria • A vizsgálandó minta oldatát lángban porlasztva elpárolog -> atomokra bomlik -> termikus úton gerjed. A gerjesztett részecskék energiatöbbletüket az anyagi minőségükre jellemző hullámhosszúságú elektromágneses sugárzás kibocsátása közben adják le. A sugárzás intezitása arányos a sugárzó atomok/molekulák mennyiségével. • Alkálifémek, alkáli földfémek, átmeneti fémek, nem fémek meghatározására
Atomic Emission Spectroscopy • AES is a destructive technique. One vaporizes the sample by using an electrical arc. This ionizes the sample causing it to emit light a frequencies characteristic of the elements in the sample. You can determine the elemental distribution in the sample, but you do not know anything about the molecular structure. • The technique will tell us what the trace elements used to be in the sample. • Hard to find extremely rare trace elements
Argon
Hydrogen
Helium
Iodine
Mercury
Neon
Nitrogen
Atomic Absorption Spectroscopy • AAS is more sensitive than AES as the rare elements will not be obscured. As above, the sample is vaporized. You shine a light source with a known and calibrated frequency into the vaporized sample. When you want to look for a specific trace element, expose the vapor to a specific wavelength and determine the amount of absorption.
Sample Compartment
Light Source
Detector
Röntgenfluoreszcens spektroszkópia • A vizsgálandó szilárd vagy oldat minta röntgensugárzás (nagy energia az ionizációhoz) hatására másodlagos röntgensugarzást bocsát ki, amely tartalmazza a minta elemeinek karakterisztikus röntgensugarait. • A röntgendiffrakcióval felvett spektrum csúcsainak intenzitása arányos a csúcsokhoz tartozó elemek koncentrációjával. Sztenderdek. • Nem mérhetők a könnyű elemek (H, He, Li, Be) és a nemesgázok. • >100-500 ppm (B, C, N, O). • Egyszerű mintaelőkészítés.
Neutronaktivációs elemzés • Nukleáris reaktorban a vizsgálandó mintát (szilárd – többnyire porítva és folyadék – többnyire fagyasztva) (ill. elemjeinek atommagjait) neuronokkal bombázzák. A stabil atommag az neuton befogassal radioaktív izotóppá alakul, majd βbomlással stabilizálódik, amely folyamathoz az anyagot alkotó atomokra jellemző γ-sugárzás társul. A kapott spektrum csúcsainak energiája az anyag elemi összetételére, az intenzitása az elemek koncentrációjára jellemző. Sztenderdek. • Különösen ritkaföldfémekre, U-, Th-, Ta-, Hf-ra kiváló. • Egyszerű mintaelőkészítés, nagy méretű (méteres) minta, roncsolásmentes technika. • Radioaktív eljárás, átmenetileg a minta radioaktív.
Neutronaktivációs elemzés
Neutron Activation Analysis • NAA is a non-destructive technique. The sample is placed inside a region of high neutron flux (like the core of a nuclear reactor). The bath the sample in neutrons. The nuclei in the sample will absorb some of the neutron, leaving unstable radioactive elements which decay with characteristic gamma ray emissions. Use of a high precision gamma detector to acquire the spectrum will allow one to determine the distribution of all trace elements in a single shot
bullets, paint, glass, metals, gunshot residue Forensic swabs
Nuclear Reactor Core
Gamma Ray Energy Spectrum from NAA Study
Gamma-ray spectrum showing several short-lived elements measured in a sample of pottery irradiated for 5 seconds, decayed for 25 minutes, and counted for 12 minutes with an HPGe detector.
Induktív csatolású plazma • A vizsgálandó anyag (a szilárdot először oldatba vinni, l. korábban!) aeroszolként a plazmában (több 1000 oC) ionizált állapotba kerül, ahonnan az • atomemissziós spektromtriai (ICP-AES) eljárás során az anyag elemi összetételére jellemző spektrumok - az emitált fotonok hullámhosszával összemérhető - rácsok segítségével detektálhatók. Sztenderdek. • O, N, C, halogének és nemesgázok kivételével minden elemre jó. Azonban esetenként - pl. PGE-nél, W, Ta, U, Th - dúsítás szükséges.
Induktív csatolású plazma • A vizsgálandó anyag (a szilárdot oldatba vinni, l. korábban!), ami aeroszolként a plazmában (több 1000oC) ionizált állapotba kerül, ahonnan a • tömegspektrometriai (ICP-MS) eljárás során a tömeg/töltés különbség szerint detektálhatók a mintára jellemző ionok spektrumokjai. Csúcsok poziciója az anyaggal, intenzitás a mért isotópok koncentrációval arányos. Sztenderdek. • H, He, C, N, O, F és nemesgázok nem kimutathatók. • A többi elem nagy pontossággal kimutatható, de elemzés során néhány illó elem, pl. Hg, As és Cd értéke csökkenhet.
Induktív csatolású plazma Az induktív csatolású plazma egy agresszív ionizációs forrás. Mivel a forrás 7000 K-en működik, elméletileg az összes mintában található molekula atomi részeire esik szét (atomizáció, ionizáció). A minta aeroszolként lép a plazmába. Az egyszeres töltésű ionok a dominánsak; a második ionizációs potenciál általában túl magas a plazma energiájához képest.
