Szervetlen komponensek analízise A, Atomspektroszkópia B, Molekulaspektroszkópia C, Elektrokémia D, Egyéb (radiokémia, termikus analízis, stb.)
A fény Elektromágneses sugárzás
λ
E(r, t ) = E 0 ei ( k ⋅r −ωt +φ0 ) tér : E = E 0 cos(kx) = E 0 cos
2πx
λ idő : E = E 0 cos(ωt ) = E 0 cos(2πνt ) λν = c k : hullámvektor, E : elektromos tér
ω : körfrekvencia, λ : hullámhossz, ν : frekvencia, c : fénysebesség vákuumban : James Clerk Maxwell (1831 – 1879)
Részecsketermészet
c0 = 2,99792458 ⋅108 m/s c = c0 / n
n : törésmutató
Kettőstermészet
1905: fotoelektromos jelenség ↓ fényenergia-kvantum: foton
Albert Einstein (1879 – 1975)
hc ⎞ ⎛ E = h ν ⎜ = hω = = hcν~ ⎟ λ ⎠ ⎝ h : Planck − állandó,ν~ : hullámszám h = 6,62606876(52) ⋅10
−34
Js
1924: minden anyagra:
h h = p mv p : impulzus
λ= Louis-Victor de Broglie (1892 – 1987)
Magspingerjesztés
Molekulákforgásának gerjesztése
Molekularezgések gerjesztése
Elektrongerjesztés
Ionizáció
Maggerjesztések
A fény és az anyag kölcsönhatása
Regions of Electromagnetic Spectrum
A fény és az anyag kölcsönhatása fluoreszcencia, foszforeszencia ν<ν0
reflexió (diffúz, tükrös, teljes, gyengített) ν=ν0, I
ν0, I0
minta
abszorpció (transzmisszió) ν=ν0, I
forrás (monokromatikus) Raman-szóródás ν=ν0±ν´
minta
Rayleigh-szóródás ν=ν0
emisszió
A fény és az anyag kölcsönhatása „Bohr-feltétel”: ΔE = E2−E1 = hν
abszorpció
E2
E2
E1
E1
E2
E2
E1
E1
foton (hν)
spontán emisszió
stimulált (kényszerített) emisszió
E2
E2
E1
E1
A fény és az anyag kölcsönhatása I
Pierre Bouguet (1698 –1758) Johann Heinrich Lambert (1728–1777)
I0 I0/k I0/k2 x August Beer (1825–1863) Lambert–Beer-törvény:
I = I 010 −εcl
c : koncentráció l : rétegvastagság A : dekadikus abszorbancia
⎛ I ⎞ ε : dekadikus moláris ⎜⎜ ln = − μl ⎟⎟ abszorpciós koefficiens ⎝ I0 ⎠ μ : természetes absz. k. I T (%) = ⋅100 T : transzmittancia I0
2x A
l
LB-tv. valóságban telítés
I − log = εcl = A I0 ⎛1⎞ A = log⎜ ⎟ ⎝T ⎠
→kalibrációs görbe
l, c
Atomspektroszkópia: H-atom A hidrogénatom energiaszintjei
Hidrogénlámpa
sorozat
sorozat
sorozat
kiválasztási szabályok: Δl =±1 Δs=0
A hidrogénatom spektrumának részlete (látható tartomány)
Atomspektroszkópia elmélete (abszorpció) A vizsgálatokhoz gázfázisú és szabad (nem molekulárisan kötött) atomokra van szükség. A szabad atomokat elektromágneses sugárzással besugározzuk (megvilágítjuk) A megvilágító „fényből” elnyelik azokat a hullámhosszakat, amelyek az adott atom egy-egy elektronátmenetének megfelelő energiájú.
E = h ⋅ν = h ⋅
c
λ
II. porlasztás
Hatásfoka általában 1-5%
Atomi emissziós spektroszkópia (AES) Egyik leggyakrabban alkalmazott technika: Induktívan csatolt plazma (ICP) spektroszkópia
rádiófrekvenciás (RF) generátor
plazmaégő
optika
detektor porlasztás
szivattyú szemét minta (oldatban)
diszperziós elem (monokromátor)
vezérlő elektronika
adattárolás, kiértékelés
kimutatási határ: ~1−50 μg/L
A plazma kialakulása
Abszorpciós módszerek
szabad atomok !
I0 A = lg = ε ⋅ l ⋅ c I
Láng-atomabszorpciós készülék
Minta (oldat)
Atomi abszorpciós spektroszkópia (AAS) Egyik technika: lángfotometria
fényforrás (vájtkatódos lámpa)
monokromátor
láng porlasztó
minta (oldatban)
detektor
Láng-atomabszorpciós égő
Grafitkemencés atomizálás
vájt katód llámpa (hollow cathode lamp) I.
II.
III.
Analysis of Mixtures of Absorbing Substances Selection of Wavelength Fig. 14-14, pg. 345 "Absorption spectrum of a twocomponent mixture."
HP 8452a
ELEKTROKÉMIA A határfelületen az egyensúlyi potenciál
μ M0 + RT * ln ci − μ M0 = zFε 2+
Ahol:
standard potenciál R: egyetemes gázállandó ( 8,314 J/mol*K) T: hőmérséklet (K) z: töltés F: Faraday állandó (96500 C/mol) ε: elektród potenciál Az oldat és a fém között létre jövő potenciál esés a konstansok összevonása és átrendezés után (és a fémion adatainak jelölésére mindenütt az i indexet használva): ε=
ε0 +
RT ln ci zi F
Nernst egyenlet
E=Eo+RT/nF ln [ox]/[red] 20°C-on E=Eo+0.058/n lg [ox]/[red] Walter Nernst
2H+ +2e- = H2
1864-1941
vagyis
1920 Nobel-díj
Eo=0
E=RT/F ln cH+ = 0.058lg cH+ = -0.058 pH
Potenciálmérés
Membránelektród
Üvegelektród (pH mérése)
Technology – Nanocomposite Arrays
• Sensitive to chemical agents, toxic industrial chemicals, volatile organic compounds • Stable to wide range of environmental conditions
