Flammenspektroskopie Ein Vortrag von Miriam Kloska, Ann-Kathrin Groß, Sascha Frank, Julian Zours und Alexander Stadnikov
Atommodelle Thomson (1903): gleichmäßige Verteilung von negativen und positiven Teilchen Freie Bewegung der Protonen und Elektronen Rutherford (1911): Positiv geladener Kern der den Großteil der Masse darstellt Elektronen kreisen um diesen frei herum Bohr (1913): Positiv geladener, massetragender Kern Elektronen bewegen sich auf Schalen unterschiedlicher Energien
Bohr‘sches Atommodell Blau: Atomkern Rot: Elektronen auf den Schalen
Atomabsorptionsspektroskopie (AAS) Sammelbegriff für spektroskopische Verfahren quantitative und qualitative Bestimmung von Elementen Verschiedene Methoden: Flammen-AAS Graphitrohr-AAS (Wasseranalytik: geringere Nachweisgrenze als F-AAS) ICP-OES
Prinzip der F-AAS Auflösung der Probe in Säure (Ionisierung) Überführung in Aerosol (feintröpfiger Nebel) Einführung der Probe in die Flamme Überführung in gasförmige Atome Anregung der Valenzelektronen durch Licht Absorption elementspezifischer Lichtwellen führt zu Lichtschwächung Absorbiertes Licht dient zur Anhebung der Elektronen auf energetisch höhere Schalen
Prinzip der F-AAS Messung der Lichtintensität nach Austritt aus der Atomwolke (je mehr vorhandene Atome, desto größer die Lichtschwächung) Detektierung: Messung der Absorptionsrate bestimmter Wellenlängen durch das zu analysierende Element Probenbestimmung durch elementspezifische Absorption der Lichtwellen
Interferenzen in der AAS spektrale und nicht spektrale Interferenzen spektral: Überlagerung mehrerer Wellen nicht spektral: Transportinterferenzen (Lichtwellenablenkungen durch Viskosität, Dichte, Oberflächenspannung des Lösungsmittels) Problem in der F-AAS
ICP (Inductively Coupled Plasma) –OES (Optical Emission Spectrometry) 8000K heißes Plasma zur Anregung der optischen Emission des Analyten Argon: große Ionisierungsenergie Beschleunigung der Elektronen durch elektr. Feld führt zur Plasmaaufheizung Leitung des Probeaerosol durch Plasma Wärme sorgt für Schalenwechsel auf höher energetische Schalen
ICP (Inductively Coupled Plasma) –OES (Optical Emission Spectrometry) Rückfall Aussendung von Energie in Form von Lichtwellen Aufnahme und Auswertung der elektromagnetischen Wellen Formeln: Wellenlänge: λ = c/ν [m] Energie: E = h * v [J] Frequenz: v = R * c * (1/m² - 1/n²) [Hz] Rydberg-Konstante R = 109677,578 1/cm Plancksches Wirkungsquantum h = 6,62*10-34 Js
Grafiken rechts: Orbital-Energien und Abfolge der Elektronenbesetzung unten: Spektrum des sichtbaren Lichtes
Anwendungsbereich in den Geowissenschaften Fundamentale Analysemethode zur Bestimmung von Elementen Untersuchung von Böden/Gewässern auf eventuelle Vorbelastung/Verunreinigungen Bestimmung der Zusammensetzung von Gesteinen und deren tektonische Milieus Wo kommt es her? (Mantel, Kruste,…)
Quellenverzeichnis http://de.wikipedia.org/wiki/Atomspektroskopie Optical spectrometry: principles and instrumentation (ausgehändigtes Beiwerk) Amthauer/Pavicevic – Physikalisch-chemische Untersuchungsmethoden in den Geowissenschaften (Band 2) Latscha/Linti/Klein – Analytische Chemie www.google.de (Bilder Lichtspektrum, Elektronenkonfiguration)