Download

OPTIČKE METODE U ANALITIČKOJ HEMIJI






Advertisement
/ 42 []
Download Presentation
Comments
sevilen
From:
|  
(108) |   (0) |   (0)
Views: 172 | Added: 24-05-2012
Rate Presentation: 0 0
Description:
Instrumentalna analiza , Profesor Hemije. OPTIČKE METODE U ANALITIČKOJ HEMIJI. Dr D. Manojlovi ć , Hemijski fakultet Beograd. IZVORI DISKONTINUALNOG ZRA Č ENJA Kod emisionih opti č kih metoda izvor zra č enja je sama analizirana supstanca
OPTIČKE METODE U ANALITIČKOJ HEMIJI

An Image/Link below is provided (as is) to

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use only and may not be sold or licensed nor shared on other sites. SlideServe reserves the right to change this policy at anytime. While downloading, If for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.











- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -




Slide 1

Instrumentalna analiza , Profesor Hemije

OPTIČKE METODE U ANALITIČKOJ HEMIJI

Dr D. Manojlović, Hemijski fakultet Beograd

Slide 2

IZVORI DISKONTINUALNOG ZRAČENJA

Kod emisionih optičkih metoda izvor zračenja je sama analizirana supstanca

Izvor zračenja kod ovih metoda je analizirana supstanca sa izvorom za pobuđivanje

Izvori za pobuđivanje mogu biti termički (plamen), električni (luk, vranica, pražnjenje pri sniženom pritisku, plazmeni akceleratori, indukcino spregnuta plazma, lampa sa šupljom katodom, HCL itd.) i fotoelektronski (laseri)

Slide 3

Plamen

Plamen je najstarija tehnika pobuđivanja i dobijanja spektra

Palmen se dobija mešanjim goriva i oksidacionog sredstva

Plamenove delimo, prema njihovojprosečnoj temperaturi na: niskotemperaturske(1000-2000 K), srednjetemperaturske(2000-3000 K) i visokotemperaturske(>3000 K)

Za temperaturu plamena su bitne reakcije koje se dešavaju u toku sagorevanja.

Slide 4

Sastav i temperatura plamena različitih gasnih smesa

Slide 5

Prema reakcijama koje se odigravaju u plamenusmeše ugljovodonika i vazduha (kiseonika) postoje tri zone

U unutrašnjem konusu se dešava zagrevanje smeše do paljenja, koja se odigrava na njegovim granicama ( T nekad manje od 373 K)

U redukcionoj zoni (zona 2) koja je plavo-zelene boje, dešava se redukciono razlaganje goriva, gde gorivo ne sagoreva potpuno, pa se kao proizvodi dobijaju CO i H2

Slide 6

C2H2CO + H2 + Q

Spoljašnji konus je plavo-ljubičaste boje gde se dešava potpuno sagorevanje-oksidacije do CO2i H2O:

CO + H2 + O2CO2 + H2O + Q

ili do CO2 i N2 ako je gorivo dicijan na račun kiseonika iz okolnog vazduha.

C2N2 + 2 O2 2 CO2 + N2

Slide 7

Oblast maksimalnih temperatura je na granicioksidacione i redukcione zone i o tome se mora voditi računa kada se plamen postavlja ispred razreza spektrografa

Raspodela temperatura po zonama plamena smese gasa za osvetljenje i vazduha i acetilena i vazduha.

Slide 8

Pored navedenih reakcija dešavaju se i reakcije disocijacije nastalih proizvoda koji ograničavaju temperaruru plamena jer se deo toplote oslobođene sagorevanjem troši na disocijaciju nastalih molekula

Temperatura koja se postiže u ugljovodoničnim plamenicima ne prelazi 3000 K

Visoka temperatura pri sagorevanju dicijana u kiseoniku, objašnjava se pojavom disocijacije CO i N2tek na temperaturamavišim od 4000 K.

Slide 9

Veličinu i oblik plamena uglavnom određuju dva faktora: brzina rasprostiranja plamena i brzina isticanja gasa

Pri radu brzina isticanja obično treba da bude 2-3 puta veća od brzine prostiranja plamena, jer u protivnomplamen može da bude uvučen u gorionik (flash back)što može da dovede do eksplozije

Brzina rasprostiranja plamenova je različita za različite smese a najveća je kod smese acetilan-kiseonik i vodonik-kiseonik kod kojih je opasnost od uvlačenja plamenika najveća

Slide 10

Ova opasnost se može izbeći ako se koriste plamenici kod kojih se gasovi mešaju pre paljenja na izlazu iz plamenika-difuzioni plamenovi

Brzina isticanja gasova najveća je u sredini plamenika, a opada prema rubu zbog čega plamen ima oblik konusa

Kod AAS kada se acetilen koristi kao gorivo boca se ne sme prazniti ispod 1 atm.

Slide 11

Električni luk

Razlikujemo lukove jednosmerne i naizmenične struje

Kod luka jednosmerne struje pražnjenje se sa električne tačke gledišta može okarakterisati kao pražnjenje koje se odigrava pri relativno visokim jačinama struje (do 15 A) i maloj potencijalskoj razlici (40-80 V)

Luk kao i većna drugih oblika gasnog pražnjenja ima negativnu volt-ampersku karakteristiku (sa porastom struje smanjuje se razlika potencijala).

Slide 12

Porastom jačine struje povećava se broj naelektrisanih čestica, pa se zbog toga smanjuje i otpor u luku pa kod ovog tipa pražnjenja ne važi Ohmov zakon.

Volt-amperometrijske karakteristike luka jednosmerne struje

Slide 13

Opadajuća karakteristika govori o unutrašnjoj nestabilnosti luka, što znači da je nemoguće gorenje luka bez uključivanja spoljašnjeg otpora

Bez ovog otpora koji ograničava jačinu struje koja protiče kroz luk, režim gorenja ne bi bio stabilan

Shema električnog lukajednosmerne struje

Slide 14

Promene u dužini stuba luka, koji se javlja tokom gorenja luka, mogu se smatrati kao promene otpora luka,

Jačina struje luka može se izraziti pomoću Ohmovog zakona:

Iz ove jednačine sledi će jedna ista promenauticati manje na jačinu struje ukoliko je veći balastni otpor

Pad napona u luku nije konstantan jer u blizini ekektroda postoji sloj od oko 1 mm sa dosta velikim padomnapona-prianodni i prikatodnisloj.

Slide 15

Pad napona duž luka.K-katoda, A-anoda

Uslovi pobuđivanja u njima(naročito u prikatodnom sloju) razlikuju se od uslova u ostalim delovima luka (stub luka) i ponekad se koriste za povećanje osetljivosti spektralne analize.

Slide 16

Napon na elektrodama luka zavisi:

- odmaterijala elektroda,

- jačine struje koja protiče kroz luk,

- međuelektrodnog rastojanja,

- sastava i pritiska gasova

(atmosfera u kojoj gori luk)

Slide 17

Maksimalna jačina struje, potrebna za održavanje pražnjenja zavisi od rastojanja elektroda, njihove veličine i materijala od koga su napravljene

Zračenje luka je određeno temperaturom plazme, koja zavisi od materijala elektroda (sastava uzorka), jačine struje, jonizacionog potencijala gasa koji ispunjava međuelektrodni prostor

Temperatura luka sa ugljenim elektrodama, u vazduhu je 7000 K, sa bakarnim 5100 K, a sa aluminijumskim 4000 K

Slide 18

Temperetura plazme realnih lučnih izvora nije konstantna po celoj zapremini luka (katodna i anodna mrlja)

Luk se može napajati i naizmeničnom strujom, ali se u ovom slučaju lučno pražnjenje može održati samo između ugljeničnih elektroda i to pri jačinama struje od 8-10 A

Napon u mreži se menja periodično 50 Hz, što znači da on 100 puta u sekundi padne na nulu

Slide 19

Kod ugljeničnih elektroda visoke temperature anodne i katodne mrlje, taođe i mala toplotna provodljivost uglenika obezbeđuje dovoljnu emisiju elektrona pri prolasku napona kroz nulu i luk se posle pauze sam ponovo pali.

Metalne elektrode se hlade tako brzo da u momentu prolaska kroz nulu termoelektroska emisija elektrona se praktično prekida i luk se gasi

U ovom slučaju potrebno je povćati napon napajanja na 1000 do 3000 V ili frekvenciju.

Slide 20

Najbolje je zadržati (220 V i 50 Hz) a luk paliti u svakoj poluperiodi pomoću visokofrekventnog impulsa visokog napona i male snage, koji probijaju međuelektrodni prostor i stvara provodni kanal jonizovanog gasa duž koga se ostvaruje lučno pražnjenje

Spektar ovog luka je bogatiji varničnim linijama jer mu je temperatura plazme vića od temperature luka jednosmerne struje

Slide 21

Luk naizmenične struje. R-otpornik, C-kondenzator, L-samoindukcioni kalem, T-teslin transformator, I pomoćna vrnica, E-međuelektrodni prostor, 1- kolo luka, 2 –kolo aktivatora

Slide 22

Varnica

Varnica je “najtopljiviji”izvor u spektrohemiji.

U plazmi se pobuđuju ne samo atomske linije svih metala nego i jonske linije teško jonizujućih elemenata, pa zbog toga pri radu sa vrnicom imamo najširi izbor linija

Velika gustina struje karakteristična za varnično pražnjenje postiže se uključivanjem kondenzatora paralelno sa vraničarem

Električna energijaW koja se nagomilava na kondenzatoru zavisi od njegovogkapacitetaC, i razlike potencijala, na njegovim oblogama

Slide 23

Prema tome povećanje snage se može postići povećanjem kapaciteta kondenzatora i povećanjem napona.

Visokonaponska kondenzovan varnica. R-otpornik, T-transformator (12000 – 15000 V) , C-kondenzator, L-samoinduktivni kalem, V-varnica, MP-motorni prekidač

Slide 24

Kondenzator se puni sve dotle dok napon na elektrodama ne bude dovoljan da probije međuelektrodni prostor.

Kao rezultat proboja međuelektrodnog prostora gas se jonizuje i obrazuje provodni kanal koji omogućava dalje pražnjenje

Za vreme proboja i pražnjenja kondenzatora materijal elektrode u vidu struje pare, koja se naziva “buktinja” velikom brzinom (nekoliko km/h) ulazi u međuelektrodni prostor.

Slide 25

Temperatura buktinje iznosi 10000 – 12000 K, a zračenje se sastoji od zračenja materijala elektrode i atmosfere koja okružuje ektrodu

Na kraju ovog stadijuma napon na elektrodama opadne na 50 – 100 V i pri ovom naponu se odigrava dalje pražnjenje.

Nastajanje provodnog kanala u plazme varnice.

Slide 26

Lampa sa šupljom katodom

Lampa se sastoji od staklenog omotača sa prozorom od kvarca u kome se nalaze katoda i anoda

Anoda je u obliku štapića ili žice od cirkonijuma ili volframa

Katoda ima oblik šupljeg cilindra i obično je napravljena od odgovarajućeg elementa

Slide 27

Lampa sa šupljom katodom. 1-anoda, 2-šuplja katoda, 3-ekran, 4-kvarcni prozor

Ukoliko tehnički nije moguće napraviti katodu od ispitivanog elementa ona se pravi od pogodnelegure tog elementa ili se elemenat nanosi na unutrašnju površinu cilindra u obliku tankog sloja

Slide 28

Prečnik cilindra je 2-5 mm a dužina 15-20 mm.

Lampa se puni inertnim gasom, obično argonom ili neonom na niskom pritisku (200 – 1000 Pa).

Da bi se pražnjenje usmerilo u unutrašnjost katode i povećao intenzitet emitovane svetlosti, oko ktode se postavlja ekran u obliku cevi ili pločice napravljene od izolatorskog materijala-keramika ili staklo.

Lampa se napaja jednosmernom strujom ili modulisanom jednosmernom strujom, a za početak pražnjenja je dovoljno 200 – 300 V a struja pražnjenja je od 2 do 20 mA i reguliše se otpornikom

Slide 29

Maksimalno dozvoljena struja zavisi od vrste katode i tipa cevi i uvek je jasno označena na telu lampe

Lampe sa šupljom katodom mogu se koristiti i kao izvori pobuđivanja i predstavljaju jedan od najosetljivijih izvora pobuđivanja kod emisionih metoda

Kada se ove lampe koriste kao izvori pobuđivanja onda se katoda izrađuje od ispitivanog materijala ili se ovaj nanosi na nju.

Danas se proizvode i multi-elementne lampe sa šupljom katodom koje emituju krakterističnelinije više elemenata i koriste se u AAS ali imaju niz ograničenja.

Slide 30

Pražnjenje kod lampi sa šupljom katodom je tinjajuće pražnjenje, ali se po izgledu i karakteristikama razlikuje od običnog tinjajućeg pražnjenja

Razlika potiče od oblika i dimenzija katode jer svetlenje u šupljoj katodi nastaje samo pri određenom odnosu između dimenzija katode i pritiska inertnog gasa u cevi

Kada se primeni dovoljno visok potencijal inertni gas se jonizuje i tako nastali pozitivni jonibombarduju katodu pri čemu dolazi do isparavanja atoma elemenata od koga je katoda napravljena.

Slide 31

Elektroninastali jonizacijom gasa ubrzavaju se u međuelektrodnom prostoru pozitivnimpotencijalom anode i na taj način jošefikasnije jonizuju preostale atome inertnog gasa

Slide 32

Induktivno spregnuta plazma

U poslednje vreme se kao izvor pobuđivanja sve češće se koristi induktivno spregnuta plazma ili skraćeno ICP (Inductively Coupled Plasma).

To je bezelektrodna argonska (ređe azotna) plazma koja radi na atmosferskom pritisku, a održava se induktivnim sprezanjem sa radiofrekventnim elektromagnetskim poljem

Slide 33

Plazmenik –Gorionik :1- navoji,2-Ar sa uzorkom, 3-Ar za obrazovanje plazme, 4- Ar –hlađenje

Slide 34

Plazmenik se satoji od tri koncentrične cevi

Kroz untrašnju cev se uvodi uzorak, najčešće u obliku rastvora koji se prevodi u fini aerosol pomoću struje argona

Argon za formiranje plazme uvodi se kroz srednju cev dok se termička izolacija (neophodna da bi se izbeglo topljenje kvarcne cevi) postiže tangencijonalnim uvođenjem struje argona kroz spoljašnju cev gorionika

Ova struja hladi zidove kvarcne cevi ali takođe i stabilizuje i centrira plazmu

Slide 35

Oko spoljašnje kvarcne cevi obmotana su 3-4 navoja indukcionog kalema vezanog za radiofekventni generator najčešće frekvencije27,12 MHz i snage 1-3 kW

Visokofrekventna struja koja protiče kroz indukcioni kalem stvara oscilatorno magnetno polje H koje indukuje elektrone u gasu koji protiče unutar kvarcne cevi

Oni se ubrzavaju vremenski promenjivim električnim poljem, što dovodi do zagrevanja i dodatne jonizacije

Slide 36

Kako u početku u argonu nema naelektrisanihčestica plazmase uključuje kratkim uključivanjem Teslinog pražnjenja

Tempratura plazme varira od 6000 do 1000 K i opada sa visinom iznad indukcionog kalema tako da se za svako određivanje može odabrati pogodna visina na kojoj će se izvoditi određivanje

Slide 37

Zbog visokih temperatura u ICP izvorima dobijaju se dosta složeni spektri

Razlikujemo nekoliko zona: zona prethodnog zagrevanja, početna zona pražnjenja koja je u obliku metka sa intenzivnom atomskom emisijom, normalna analitička zona koja se nalazi 15-20 mm iznad indukcionog kalema aeksitaciona temperatura u njoj je oko 6500 K

U ovoj zoni je jako smanjen intenzitet kontinualnog zračenja tako da plazma nije više transparentna i u njoj nastaje glavna jonska emisija

Iznad ove zone temperatura u plazmenoj baklji opada i javlja se atomska i molekulska emisija

Slide 38

Plazma izvori imaju nekoliko prednosti

Atomizacija nastaje u hemijski inertnoj sredini što produžava vreme života uzorka

Nasuprot plamenim izvorima, temperaturski presek plazme je relativno jednoličan

Kalibracione krive su uglavnom linearne za nekoliko redova opsega koncentracija

Slide 39

Argonska plazma jednosmernom strujom

Sapnica plazma-izvor sastoji se iz tri elektrode smeštene u ubliku obrnute Y-konstrukcije

Grafitna anoda je smeštena u svakom kraku Y, a volframova katoda u obrnutoj bazi

Argon protiče kroz dva anodna bloka prema katodi

Plazma sapnica se formira kada se katoda dovede u trenutni dodir sa anodom.

Slide 41

Dolazi do jonizacije argona i razvijena struja (oko 14 A) generiše dodatne jone, čime se beskonačno podržava.

Temperatura iznosi približno 10 000 K, a oko

5 000 K u vidljivom području

Uzorak se raspršuje u područje između dva kraka Y, gde se pobuđuje i gde se posmatra njegov spektar

Spektri koji nastaju plazma-sapnicom imaju manje linija od onih koje nastaju ICP, a linije potiču uglavnom od atoma, a ne od jona

Slide 42

Osetljivosti dobijene palzma-sapnicom protežu se od verdnosti koje su znatno niže od ICP pa do verdnosti približno istog reda kao i kod ICP

Za plazmu sa jednosmernom strujom potrebno je mnogo manje argona, a spoljašnji uređaji za napajenje su jednostavniji i jeftiniji

Reproduktivnost je približna ICP, ali se grafitne elektrode moraju menjati svakih nekoliko sati, dok ICP ne zahteva nikakvo održavanje


Copyright © 2014 SlideServe. All rights reserved | Powered By DigitalOfficePro