Syllabus výběrové přednášky “Metody atomové spektrometrie”

4. ročník chemie odborná, specializace analytická chemie (2 hod. přednášky, zk)

Přednáška č.: C230P13
Přednášející: Dr. Petr Rychlovský, Dr. Jiří Dědina

1. Úvod do atomových spektrálních metod
Princip a zákonnitosti vzniku atomových spekter. Emisní a absorpční spektra. Dopplerovské a Lorentzovské rozšíření analytické čáry. Boltzmanův vztah.

2. Rozdělení atomových spektrálních metod
Atomové, fluorescenční a emisní metody. Nejvíce využívané metody. Rozvoj jednotlivých metod. Počty aplikačních publikací využívajících jednotlivé metody. Použití atomových spektrálních metod v praxi a srovnání s jinými instrumentálními metodami.

3. Atomová absorpční spektrometrie
Princip metody. 
Instrumentace: 
Zdroje primárního čárového záření: výbojky s dutou katodou, bezelektrodové výbojky, laditelné laserové zdroje. Pomocné zdroje záření. 
Optický systém: Disperzní prvek. Optické uspořádání. Pomocné optické prvky.  
Atomizátory: Princip atomizace. Plamenové atomizátory. Elektrotermické atomizátory. Křemenné atomizátory.
Detekce záření: fotonásobič; princip; temný proud; modulace záření.
Zpracování signálu.
Kompenzace pozadí: Princip. Korekce zdrojem spojitého záření. Korekce Zeemanovská. Smith-Hieftje systém.
Plamenové uspořádání AAS: Typy nebulizérů, míchací komory, hořáky. Výhody a nevýhody použití chemických plamenů k atomizaci. Koncentrační trubice. Technika FIA v AAS. Jiné méně používané techniky zavádění vzorku. Základní pochody při atomizaci v plameni.
Elektrotermická atomizace v AAS: Typy používaných kyvet. Celokovové kyvety. Platforma. Sonda. Hlavice ETA. Optimalizace teplotního programu. Nároky na elektrický zdroj elektrotermického atomizátoru. Výhody a nevýhody elektrotermické atomizace. Dosažené citlivosti a meze detekce ve srovnání s plamenovou a hydridovou technikou. Možnost vícenásobného dávkování. Modifikátor matrice. Elektrodepozice analytu. Pochody při atomizaci v grafitovém atomizátoru: vypařování analytu z podložky atomizátoru, interakce s grafitovým povrchem atomizátoru, výstup volných atomů z atomizátoru. 
Křemenné atomizátory: Použití v hydridové technice. Odporově vyhřívané atomizátory. Atomizátory typu plamínek v trubici. Absorpční průtokové kyvety.
Interference: Definice interference. Vliv na výsledek analýzy.
Spektrální interference. Nespektrální interference. Oboje v plamenovém, elektrotermickém i hydridovém uspořádání.
Metodické problémy analýzy AAS: Kalibrace a její vyhodnocení. Prokládání kalibračních závislostí. Optimalizace navážky vzorku, rozklad vzorku, optimalizace přístrojových parametrů.
Metrologické problémy AAS: Eliminace šumu, driftu signálu. Dosažené citlivosti a meze detekce jednotlivých technik a způsobů atomizace.
Analytické aplikace.

4. 	Atomová emisní spektrometrie s plazmovými budícími zdroji
Princip metody.
Definice plazmatu. Vznik plazmatu. Fyzikální vlastnosti plazmatu.
Plazmové budící zdroje: Stejnosměrně vázaná plazma, mikrovlnně indukovaná plazma, indukčně vázaná plazma. Konstrukce. Rozdíly. Výhody. Použitelnost.
Instrumentace:
Zavádění vzorku do plazmatu: Nebulizéry pneumatické, ultrazvukové, Babingtonův zmlžovač, fritový zmlžovač, mlžná komora. Méně obvyklé techniky zavádění vzorku: hydraulický vysokotlaký zmlžovač, termospray. Zmlžování suspenzí. Přímé vnášení pevných vzorků. Laserová ablace. Elektrotermické vypařování (ETV-AES-ICP). Aplikace FIA.
AES-ICP: Plazmová hlavice: Konstrukce. Funkce.
Radiofrekvenční generátor: Princip. Požadavky. Konstrukční uspořádání. 
Optický systém: Disperzní prvek. Požadavky na rozlišovací schopnost monochromátoru. Echelle monochromátor. Optické uspořádání. Pomocné optické prvky. Sekvenční a simultánní uspořádání emisních spektrometrů. Výhody. Nevýhody.
Detekce záření.
Zpracování analytického signálu. Nastavování vlnové délky. Korekce. Kalibrace. Počítačové řízení přístroje a zpracování naměřených dat.
Interference. Spektrální interference. Nespektrální interference. Možnosti eliminace.
Korekce pozadí.
Metrologické problémy AES-ICP: Eliminace šumu, driftu signálu. Dosažené citlivosti a meze detekce jednotlivých technik.
Aplikace. Analýza různých materiálů.

5. Generace těkavých sloučenin a její uplatnění v metodách atomové spektrometrie
Generování hydridů: Reakce. Metody generování hydridů. Optimální podmínky pro uvolňování hydridů. Transport hydridů. Separátory plyn - kapalina. 
Atomizace hydridů: Mechanismus. Vyhřívané křemenné trubice. Plamínek v křemenné trubici. Grafitové atomizátory.
Interference při stanovení hydridotvorných prvků: Interference v kapalné fázi. Interference v plynné fázi.
Aplikace generování hydridů na různé vzorky v AAS, AES-ICP a ICP_MS.
Technika studených par pro stanovení rtuti.

6. ICP - MS
Princip spojení obou metod.
Instrumentace: 
Spojovací interface: Konstrukce, funkce. Vzorkovací oblast plazmatu.
Konstrukce přístroje: Plazmová hlavice, rotační a difuzní vývěvy, radiofrekvenční generátor, kvadrupolový hmotnostní analyzátor, zpracování signálu, řízení systému.
Rozlišovací schopnost, citlivost, příklady spekter vzorků. Izotopové zastoupení.
Hmotnostní interference.

7. Srovnání citlivostí a dosažitelných mezí detekcí jednotlivých atomových spektrálních metod a porovnání s jinými instrumentálními analytickými metodami

8. Použití přístrojů pro atomovou spektrometrii jako vysoce selektivních detektorů pro separační techniky
Spojovací články. Účinnost převodu analytu. Postkolonová derivatizace hydridovou technikou.