Atomfluoreszenzspektrometrie AFS

Präsentation zum Thema: "Atomfluoreszenzspektrometrie AFS"—  Präsentation transkript:

1 Atomfluoreszenzspektrometrie AFS
Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle; Department Analytik Atomfluoreszenzspektrometrie AFS Historie: Erstmalige Beschreibung des Fluoreszenz-Phänomens Wood Fluoreszenz in Flamme (ohne Analytik) Nichols, Howes Fluoreszenz als analytische Methode vorgeschlagen Alkemade erste Arbeit über analytische Atomspektrometrie Winefordner Prinzip Freie Atome (Ionen) werden mit Licht (spezifischer Wellenlänge) bestrahlt Absorption von h*ν Reemission von h*ν Aufbaustudium "Analytik und Spektroskopie“

2 Atomfluoreszenzspektrometrie AFS
Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle ; Department Analytik Atomfluoreszenzspektrometrie AFS EA hν EG Spontane Emission Absorption stimulierte Emission (Fluoreszenz) Aufbaustudium "Analytik und Spektroskopie“

3 Atomfluoreszenzspektrometrie AFS
Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle ; Department Analytik Atomfluoreszenzspektrometrie AFS EA2 EA1 EG Resonanz Direktlinien- stufenweise thermisch unterstützte Fluoreszenz Fluoreszenz Fluoreszenz Fluoreszenz Arten der AFS Aufbaustudium "Analytik und Spektroskopie“

4 Atomfluoreszenzspektrometrie AFS
Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle ; Department Analytik Atomfluoreszenzspektrometrie AFS Lichtquellen Voraussetzung: hohe Strahlungsdichte bei relevanter Absorptionswellenlänge Linienlichtquellen: Laser (durchstimmbar (Farblaser) EDL gepulste HKL Metalldampflampen ICP Kontinuum-Lichtquellen: Hochdrucklampen (XBO, HBO) Aufbaustudium "Analytik und Spektroskopie“

5 Atomfluoreszenzspektrometrie AFS
Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle ; Department Analytik Atomfluoreszenzspektrometrie AFS Atomisatoren Voraussetzung: hohe Atomisierungsrate niedriger spektraler Untergrund geringe Fluoreszenzlöschung hohe Verweilzeit der Atome (Ionen) in Absorptionsraum Techniken Flamme : H2/O2; H2/Ar/Luft; H2Ar/O2; H2/Luft Graphitstab Graphitrohr ICP MIP Aufbaustudium "Analytik und Spektroskopie“

6 Atomfluoreszenzspektrometrie AFS
Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle ; Department Analytik Atomfluoreszenzspektrometrie AFS Schema Lichtquelle Plasma Optisches System AAS SEV Optisches System AFS Signal Prozessor SEV Signal Prozessor Aufbaustudium "Analytik und Spektroskopie“

7 Atomfluoreszenzspektrometrie AFS
Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle ; Department Analytik Atomfluoreszenzspektrometrie AFS Grundlagen Absorption Ea = a * E0 (kνa * l * N0) * ΩA / 4π Fluoreszenz EF = a * E0 (kνF * l * N0) * ΩA / 4π *ΩF / 4π * Ф E Lichtenergie Ω / 4π Raumanteil l Absorptionsweglänge a Querschnittsfläche des Anregungsstrahls kν Absorptionskoeffizient bei ν Aufbaustudium "Analytik und Spektroskopie“

8 Atomfluoreszenzspektrometrie AFS
Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle ; Department Analytik Atomfluoreszenzspektrometrie AFS Vergleich AAS – AFS für analytisches Signal gilt: AAS/ AFS = 1/ (Ф * ΩA / 4π* ΩF / 4 π) ≈ 10³ für Untergrundsignal gilt : AAS direkte Bestrahlung mit Licht großem Rauschpegel großes Rauschen des Atomisators Messung der Differenz zweier „großer Größen“ !! AFS indirekte optische Anordnung stark reduziertes Rauschen von Atomisator und Lichtquelle Messung der Differenz zweier „kleiner Größen“ AAS: linearer Bereich <1. 5 Dekaden; AFS 3 – 4 Dekaden Aufbaustudium "Analytik und Spektroskopie“

9 Atomfluoreszenzspektrometrie AFS
Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle ; Department Analytik Atomfluoreszenzspektrometrie AFS Vergleich AAS – AFS für analytisches Signal gilt: AAS/ AFS = 1/ (Ф * ΩA / 4π* ΩF / 4 π) ≈ 10³ für Untergrundsignal gilt : AAS direkte Bestrahlung mit Licht großem Rauschpegel großes Rauschen des Atomisators Messung der Differenz zweier „großer Größen“ !! AFS indirekte optische Anordnung stark reduziertes Rauschen von Atomisator und Lichtquelle Messung der Differenz zweier „kleiner Größen“ AAS: linearer Bereich <1. 5 Dekaden; AFS 3 – 4 Dekaden Aufbaustudium "Analytik und Spektroskopie“

10 Atomfluoreszenzspektrometrie AFS
Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle ; Department Analytik Atomfluoreszenzspektrometrie AFS Apparatives: Laserangeregte AFS Aufbaustudium "Analytik und Spektroskopie“

11 Atomfluoreszenzspektrometrie AFS
Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle ; Department Analytik Atomfluoreszenzspektrometrie AFS Apparatives: Kombination aus zwei ICP-Fackeln B) ICP als AFS Lichtquelle ICP als Atomisator für Analyte Aufbaustudium "Analytik und Spektroskopie“

12 Atomfluoreszenzspektrometrie AFS
Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle ; Department Analytik Atomfluoreszenzspektrometrie AFS Apparatives: Multielement – AFS mit solar-blind Detektion Aufbaustudium "Analytik und Spektroskopie“

13 Atomfluoreszenzspektrometrie AFS
Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle ; Department Analytik Atomfluoreszenzspektrometrie AFS Vergleich analytischer Ergebnisse Beispiel Nachweisgrenze für Na Methode Nachweisgrenze [Atome cm-3] Atomabsorption Hohlkathodenlampe * 1014 gepulster Farbstofflaser; intracavity 5.5 * 1010 Atomfluoreszenz Hohlkathodenlampe * 1014 Natriumdampflampe * 1013 gepulster Farbstofflaser * 1010 CW Farbstofflaser * 106 Aufbaustudium "Analytik und Spektroskopie“

14 Atomspektrometrische Methoden : Vergleich
Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle ; Department Analytik Atomspektrometrische Methoden : Vergleich Aufbaustudium "Analytik und Spektroskopie“

15 Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle ; Department Analytik
Stand der anorganischen Analytik vor 30 Jahren: Stichproben-Analytik qualitative Erfassung von Haupt-, Nebenbestandteilen und Spurenelementen „richtige“ quantitative Bestimmung von ausgewählten Elementen (vorwiegend Gesamtkonzentrationen) Suche nach Korrelationen zwischen den ermittelten Gesamtkonzen-trationen ausgewählter Elemente und Effekten, Wirkungen (vorwiegend durch Kollegen anderer Disziplinen) Vorgehensweise in der Analytik: Beschreibung eines Ist-Zustandes mit maximaler Probenmasse und vielen Parallelproben zur statistischen Absicherung der Daten Aufbaustudium "Analytik und Spektroskopie“

16 Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle ; Department Analytik
Stand der atomspektrometrischen Verfahren heute: qualitative und quantitative Erfassung von Haupt-, Nebenbestandteilen und Spurenelementen je nach Problemstellung (sehr variabel hinsichtlich Nachweisgrenzen und Kalibrationsbereich) von ausgewählten Elementen sequentiell oder simultan von möglichst allen relevanten Elementen simultan (auch in stark variierenden Konzentrationsbereichen) Bestimmung der Elemente sowohl in großen Probemenge als auch in Mikroproben (> 1 mg) Verteilungsanalyse (lateral, horizontal) Speziesanalyse durch Kopplung chromatographischer Techniken (oder chemischer Prozeduren) mit atomspektrometrischer Detektion Suche nach Korrelationen zwischen den ermittelten Gesamtkonzen-trationen oder Spezies ausgewählter Elemente mit Effekten, Wirkungen (vorwiegend durch Kollegen anderer Disziplinen) Aufbaustudium "Analytik und Spektroskopie“

17 Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle ; Department Analytik
“Ideal“ -Vorstellung für analytische Beschreibung von Prozessen Zeit-aufgelöste quantitative Bestimmung aller relevanten analytischen Spezies in einem dynamischen (z.T. labilen) System, das im Stoffaustausch mit anderen Systemen stehen kann und durch zeitlich variable äußere Bedingungen beeinflußt wird, ohne stoffliche und physikalische Einflußnahme auf die ablaufenden Prozesse. Physikalische Parameter: T2; p2, (hν)2, ... Physikalische Parameter: T1; p1, (hν)1, ... ....r ε + s η  t θ + u κ + ... ... m1 α* + n1 β* + ... ... o1 γ* + p1δ* + ... ..+ n1a* + m1b*  x1 c* + y1 d* + .. ..+ t1e* + u1f*  v1g* + w1h* + ... ..+ n a + m b  x c + y d + ... ..+ t e + u f  v g + w h + ... Zeit ... m α + n β + ... o γ + p δ + ... ....r1 ε* + s1 η*  t1 θ* + u1 κ* + ... Aufbaustudium "Analytik und Spektroskopie“

18 Atomspektrometrische Methoden
Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle ; Department Analytik Atomspektrometrische Methoden Aufbaustudium "Analytik und Spektroskopie“

19 Atomspektrometrische Methoden
Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle ; Department Analytik Atomspektrometrische Methoden Viel Spaß beim weiteren Postgradualstudium Aufbaustudium "Analytik und Spektroskopie“