Spettrometria atomica

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1 Spettrometria atomica Francesco Francesco Nobili Nobili UNICAM UNICAM

2 SPETTROMETRIA ATOMICA Interazione radiazione /materia Radiazione Elettromagnetica riscaldamento Atomi ISOLATI in fase gassosa Campione Larghezza delle righe < 0.01 nm Determinata da: indeterminazione quantomeccanica (larghezza naturale), urti, effetto Doppler NO SOVRAPPOSIZIONI tra spettri atomici di elementi diversi

3 3 tecniche di spettrometria atomica: 1) di EMISSIONE 2) di ASSORBIMENTO 3) di FLUORESCENZA 3

4 (1) Schema di uno spettrometro per EMISSIONE ATOMICA AES: Atomic Emission Spectrometry, FES: Flame Emission Spectrometry, FAES: Flame Atomic Emission Spectrometry P Sorgente Monocromatore Detector Sistema di elaborazione Si misura l intensità della radiazione emessa dal campione Campione e sorgente coincidono Campione 4

5 (2) Schema di uno spettrometro per ASSORBIMENTO ATOMICO AAS: Atomic Absorption Spectrometry Sorgente Po P Monocromatore Detector Sistema di elaborazione Si misura l intensità (potenza) della radiazione proveniente dalla sorgente che viene assorbita dal campione Campione 5

6 (3) Schema di uno spettrometro per FLUORESCENZA ATOMICA AFS: Atomic Fluorescence Spectrometry Po P Monocromatore Detector Sistema di elaborazione 90o Si misura l intensità riemessa ad una lunghezza d onda differente da quella della sorgente e dipendente dai livelli del campione Sorgente Campione 6

7 LIVELLI ELETTRONICI IN ATOMI E MOLECOLE Livelli energetici possibili per un atomo. E2 E2 Livelli energetici possibili per una molecola E1 UV-VIS E1 UV-VIS E E v2 v1 IR r2 r1 r0 E0 v0 E0 In spettrometria atomica l analita è presente sotto forma di nube atomica. Essendo impossibili vibrazioni e rotazioni, lo spettro atomico è a righe, non a bande (una banda è l inviluppo di numerosissime righe). 7 7

8 Spettri atomici a righe, e spettri molecolari - a bande Spettro di assorbimento di atomi di silicio nell intervallo nm. Spettro di assorbimento del permanganato nell intervallo nm. 8 8

9 TRANSIZIONI COINVOLTE Nell ASSORBIMENTO ATOMICO - un fotone assorbito promuove uno degli elettroni esterni ad un livello energetico più elevato hc E = hν = λ l assorbimento si verifica in fase gassosa - può coinvolgere atomi e ioni - coinvolge scambi DISCRETI di energia - le REGOLE DI SELEZIONE devono essere rispettate 9

10 Nell EMISSIONE ATOMICA - Il calore proveniente da una fiamma o da una scarica elettrica promuove un elettrone ad un livello eccitato - Quando l elettrone torna allo stato fondamentale, emette un fotone di lunghezza d onda caratteristica dell atomo (o dello ione) eccitato 10

11 Tecniche di spettrometria atomica Le popolazioni dei livelli energetici coinvolti sono controllate dalla LEGGE DI DISTRIBUZIONE DI BOLTZMANN N g U NL = U gl exp( E / kt )

12 TECNICHE DI ASSORBIMENTO ATOMICO AAS Le tecniche di assorbimento atomico si basano su due processi: (1) atomizzazione del campione (come nella spettrometria di emissione) (1) ASSORBIMENTO di una RADIAZIONE proveniente da una sorgente ESTERNA La radiazione assorbita provoca il passaggio di un elettrone dallo stato fondamentale ad uno stato eccitato, di solito il primo (cioè quello a più bassa energia) è necessario che ci sia una ricca popolazione dello stato fondamentale fiamma meno calda che nell emissione log( I 0 / I t ) = A = ε lc Linee di metalli e semimetalli λ > 200 nm Linee di nonmetalli UV-vis λ < 185 nm Solo metalli e semimetalli sono di solito analizzati in AAS UV nel vuoto

13 L atomizzazione del campione può essere effettuata su FIAMMA: FAAS Flame Absorption Atomic Spectrometry con FORNETTO DI GRAFITE: ETAAS - atomizzazione ELETTROTERMICA FAAS 13

14 Tecniche di FIAMMA Le tre tecniche (AES Atomic Emission Spectrometry, AAS Atomic Absorption Spectrometry, AFS Atomic Fluorescence Spectrometry) hanno in comune la formazione degli atomi che partecipano ai processi di assorbimento/emissione per riscaldamento da parte di una FIAMMA I componenti principali di uno spettrometro di fiamma devono svolgere le seguenti funzioni (1) portare l analita alla fiamma (1) indurre la transizione spettrale nell analita (1) isolare le linee spettrali richieste per l analisi (1) misurare l intensità della radiazione associata alla transizione spettrale in esame (1) registrare i dati misurati

15 Pretrattamento del campione L analita deve essere disciolto in soluzione prima di essere nebulizzato L analita deve essere libero da sostanze che possono interferire con l assorbimento o con l emissione Queste sostanze devono quindi essere rimosse o mascherate. Es: formazione di complessi Trasporto del campione Il metodo più utilizzato per introdurre il campione nella fiamma (o nel plasma nel caso si usi un processo di atomizzazione senza fiamma) è la NEBULIZZAZIONE Per creare atomi liberi in grado di dare transizioni abbiamo quindi bisogno di tre componenti fondamentali: 1) un NEBULIZZATORE che disperde la soluzione/sospensione in GOCCE 2) un elemento (AREOSOL MODIFIER) che separa le gocce grandi dal flusso, permettendo l introduzione solo delle gocce più piccole di una determinata taglia 3) la FIAMMA o ATOMIZZATORE che converte l analita in atomi liberi

16 - nella spray chamber le gocce più grandi sono rimosse dal flusso del campione per mezzo di eliche o rotte in gocce più piccole per impatto con opportune sfere o con le pareti - l areosol finale (che ora è una nebbiolina molto fine) è combinato con il combustibile e portato nel bruciatore dove la miscela tra combustibile e comburente produce la fiamma che riscalda ed atomizza il campione Flusso laminare: le linee di flusso della fiamma sono approssimativamente PARALLELE ed hanno un andamento pressoché UNIFORME nel tempo e nello spazio nella AAS solo una minima percentuale (2-3%) dell analita nebulizzato raggiunge 16 il bruciatore

17 Atomizzazione del campione in fiamma Il processo di atomizzazione converte l analita presente nell aerosol nell analita LIBERO allo STATO FONDAMENTALE. MX in soluzion e Nebulizzazione Scarico Condensazione MAGGIORI PERDITE Aerosol di MX in solzuion e Evaporazione del solvente Aerosol di MX solido I processi laterali interferiscono con la produzione di analita libero allo stato atomico PERDITA DI EFFICIENZA Inoltre si producono specie che possono a loro volta interagire con la radiazione INTERFERENZE L alimentazione Volatilizzaizzione Eccitazione del campione alla OTTIMIZZAZIONE del fiamma è un MX* MX(g) metodo: riduzione del Emissione processo rami laterali CONTINUO: del Associazione Dissociazione Reazione campione sempre MO, nuovo viene MH, M+ + em(g) MOH Dissociazione continuamente Emissione Eccitazione Emissione Eccitazione Emissione Eccitazione portato alla AAS FES, AFS MO*, fiamma M+* M*(g) MH*, consumo di MOH* campione

18 Si misura l ASSORBANZA del campione lungo il cammino ottico (1) sorgente (2) atomizzatore (3) elemento disperdente (4) detector (5) sistema di lettura e registrazione 18

19 La fiamma La fiamma è una miscela di gas incandescenti prodotti dalla combustione di un combustibile e di un ossidante. I prodotti principali sono CO2, H2O, CO (e N2 incombusto se si usa l aria come ossidante) La temperatura della fiamma è determinata dal tipo di miscela utilizzata e dal rapporto combustibile/comburente 19

20 In pratica quindi si opera sulla composizione e sulla temperatura della fiamma: -fiamma + calda per EMISSIONE: più atomi nello stato eccitato -fiamma + fredda per ASSORBIMENTO: più atomi nello stato fondamentale La temperatura massima si raggiunge di solito per rapporti stechiometrici combustibile/ossidante; fiamme più ricche di combustibile sono più fredde Temperature troppo elevate possono conferire un eccesso di energia IONIZZAZIONE DA EVITARE (aggiunta di un soppressore di ionizzazione) emissione NU gu = exp( E / kt ) NL gl assorbimento 20

21 In FES: si utilizza spesso una fiamma con eccesso di acetilene ambiente riducente per prevenire la formazione di ossidi Metalli alcalini miscela acetilene/aria Ga, In, Tl, Co, Co, Cr, Ni, Mn hanno bisogno di temperature più elevate per ridurre i corrispondenti ossidi acetilene/ossido nitroso a temperatura maggiore Schermaggio della fiamma con uno strato di gas inerte si estende la regione D tra i due coni si incrementa il range di condizioni buone per l eccitazione (cioè il range di T in funzione dell altezza) per analisi FES multielemento In AAS: il rapporto combustibile/ossidante deve essere tale da fornire il massimo numero di atomi liberi minimizzando interferenze da emissione, ionizzazione e formazione di composti Due strategie per evitare la formazione di ossidi, carburi, nitruri : 1) Fiamma fredda (acetilene/aria) per minimizzare la formazione di composti non termolabili 2) Fiamma calda (acetilene/n2o) per dissociare composti termolabili 21

22 Interferenze chimiche: INTERFERENZE Sono dovute prevalentemente alla formazione di composti che influiscono sul rendimento dell atomizzazione o la ionizzazione dell analita stesso Interferenze spettrali: -righe di assorbimento di atomi diversi dall analita, sono relativamente rare ma molto difficili da eliminare possiamo sfruttare solo il potere risolvente del monocromatore -bande allargate dovute alla presenza di specie radicaliche o molecolari, sono molto frequenti e producono generalmente un aumento del fondo segnale continuo 22

23 INTERFERENZE SPETTRALI Es.: determinazione di Ba in presenza di Ca Ca e Ba atomizzano simultaneamente Ca (g) + ossidante ----> CaOH (g) CaOH (g) mostra una larga banda di assorbimento molecolare λba Wavelength λba Signal Signal l assorbanza osservata ha un errore dovuto all assorbimento in background di CaOH (g) segnale non atomico Wavelength A meno che non sia possibile riprodurre esattamente la matrice, neanche l analisi con uno spettrofotometro a doppio raggio è in grado di eliminare completamente il background 23

24 Derivano da una perdita di efficienza del processo di atomizzazione segnale depresso INTERFERENZE CHIMICHE Di solito si verificano quando l analita fa parte di una MATRICE COMPLESSA (es. acqua di mare) MX in soluzion e Nebulizzazione Scarico Condensazione MAGGIORI PERDITE Come risultato, diminuisce l assorbanza del Ca Evaporazione del solvente Aerosol di MX solido Determinazione del Ca in presenza di PO43In soluzione acquosa Ca2+ + PO43- CaPO4CaPO4- è meno volatile (più difficile da atomizzare) di Ca2+ All aumentare di [PO43-], l equlibrio si sposta verso destra: [CaPO4-] aumenta e [Ca2+] diminuisce. Aerosol di MX in solzuion e Volatilizzaizzione Eccitazione MX* Emissione MO, MH, MOH Eccitazione MX(g) Associazione Reazione M(g) Dissociazione Emissione Eccitazione AAS MO*, MH*, MOH* Dissociazione M+ + e- Emissione Eccitazione FES, AFS M*(g) Emissione M+* 24

25 Le INTERFERENZE CHIMICHE possono essere corrette nei seguenti modi -INTERFERENZA DI MATRICE se la matrice ostacola la vaporizzazione dell analita è preferibile usare standard nella stessa matrice (se è nota). La sensibilità rimane però scarsa -INTERFERENZA DI VOLATILIZZAZIONE se c è il rischio che si formino composti termicamente stabili (es: Ca3(PO4)2 ) e non volatili, si possono aggiungere agenti complessanti come EDTA che facilitano il rilascio del catione dall anione dal fosfato: Ca2+ è volatilizzato come complesso di EDTA che poi è distrutto nella fiamma in alternativa si possono aggiungere specie come La o Sr che si legano al fosfato rilasciando il Ca specie come Al e Tl che possono formare ossidi refrattari sono volatilizzate cambiando temperatura e composizione (maggiormente riducente) della fiamma -INTERFERENZA DI IONIZZAZIONE metalli alcalini producono facilmente ioni che diminuiscono l efficienza del processo di produzione di specie atomiche neutre M. Si possono usare SOPPRESSORI DI IONIZZAZIONE come Li, K, Cs, Sr o sali di La: queste specie si ionizzano molto facilmente elevata concentrazione di elettroni nel vapore ricombinazione con le specie ionizzate dell analita

26 CORREZIONE DEL FONDO MEDIANTE LAMPADA A DEUTERIO La HCL emette uno spettro a righe, quella a deuterio uno spettro continuo. La fenditura del monocromatore isola la riga di risonanza dello spettro emesso dalla HCL, con una ampiezza dell ordine di nm, mentre separa dallo spettro continuo della lampada a deuterio una banda con ampiezza dell ordine di nm; Le intensità delle due sorgenti vengono eguagliate entro l intervallo spettrale considerato; In presenza di assorbimenti specifici (dell analita in esame) IHCL viene ridotta proporzionalmente alla concentrazione dell analita mentre ID2 viene ridotta di una frazione trascurabile; In presenza di un assorbimento aspecifico (fondo) le due intensità sono ridotte in ugual misura; In presenza di un assorbimento specifico (analita) e, contemporaneamente, aspecifico (fondo + analita), l intensità della radiazione emessa dalla lampada a deuterio, ridotta dal solo assorbimento aspecifico, fornisce il valore di I0 (corretto dal fondo) mentre l intensità della radiazione emessa dalla HCL, ridotta da entrambi gli assorbimenti, fornisce il valore di It (anche esso corretto dal fondo). A questo punto A=-log(It/I0) 26

27 CORREZIONE DEL FONDO MEDIANTE EFFETTO ZEEMAN Si applica un intenso campo magnetico oscillante alla lampada a catodo cavo (o direttamente all atomizzatore) In questo modo la lampada (o l analita) subiscono uno splitting della linea spettrale in esame: -una linea singola alla frequenza di risonanza dell emettitore (o dell assorbitore) larga circa nm polarizzata nello stesso piano della radiazione emessa in assenza di campo magnetico (π) -un doppietto, centrato sulla frequenza di risonanza, ma spostato in lunghezza d onda (~0.01 nm) dalla linea di risonanza per effetto Zeeman e polarizzato perpendicolarmente alla radiazione di risonanza (σ+ e σ-) Le due radiazioni polarizzate passano attraverso l atomizzatore: -la linea singola centrata alla frequenza di risonanza dell analita viene assorbita dall analita e dal background -il doppietto è shiftato e quindi viene assorbito solo dal background (che presenta un assorbimento pressoché costante a λ molto vicine alla linea centrale) 27

28 Un polarizzatore rotante lascia passare alternativamente dalla lampada i due fasci polarizzati -l assorbanza da parte dell analita (linea centrale) è registrata solo durante una delle due fasi di rotazione del polarizzatore -l assorbanza da parte del background è registrata durante entrambe le fasi (linea centrale e doppietto) -l assorbanza dell analita è determinata sottraendo i due segnali 28

29 ATOMIZZAZIONE ELETTROTERMICA - ETAAS Il campione viene introdotto in un tubicino di grafite per mezzo di una micropipetta o di un campionatore automatico. Per mezzo di un opportuno programma termico automatizzato (essiccamento, incenerimento, atomizzazione) si provoca l atomizzazione dell analita in presenza di minimi residui di matrice. Si opera sotto flusso di gas inerte Il segnale è transiente, non continuo come in FAAS: -FAAS: alimentazione continua del campione simultanea al processo di atomizzazione segnale continuo a bassa resa -ETAAS: il campione è introdotto all inizio e poi si opera l atomizzazione segnale transiente ad elevata resa, ma NECESSITA DI DETECTOR CON RISPOSTA VELOCE Il riscaldamento è effettuato per effetto Joule facendo fluire una elevata corrente a basso voltaggio Potenza fino a 3.6 kw 29

30 Il flusso di gas interno (gas inerte come Ar o, in alcune condizioni, H2) ha una triplice funzione: 1) protegge il fornetto dall ossidazione; 2) rimuove i componenti della matrice man mano che sono vaporizzati; 3) rimuove l analita dopo che è stato atomizzato ed analizzato, lasciando il fornetto pulito dopo l analisi Il flusso di gas esterno (o acqua) permette un rapido raffreddamento del sistema dopo l analisi Si usa un PROGRAMMA DI RISCALDAMENTO 30

31 Attenzione alla possibile perdita di analita che può essere trasformato in composti più volatili (es. ossidi) La potenza massima è applicata durante l atomizzazione per avere un segnale maggiormente concentrato nel tempo 31

32 Vantaggi del fornetto di grafite rispetto alla fiamma -non ci sono interazioni tra i componenti del campione e la fiamma: l atomizzazione avviene in un gas inerte -atomizzazione selettiva in base alla temperatura lungo la rampa possibilità di minori interferenze -aumenta la sensibilità perché il campione è volatilizzato in tempi più brevi segnale più concentrato -aumenta la sensibilità anche perché il processo di atomizzazione è più efficiente (meno perdite nei rami laterali ) sensibilità fino a 10-8 ~ g -si possono trattare volumi di campione molto piccoli (non c è necessità di alimentazione continua) fino a µl -nella maggior parte dei casi non c è necessità di pretrattamento del campione campioni solidi analizzabili così come sono -no oscillazioni nella potenza della fiamma Svantaggi -è una tecnica molto più lenta di quella che prevede l atomizzazione in fiamma: tempo per le rampe di temperatura 32 -il fornetto (poroso) può conservare memoria di analisi precedenti interferenze

33 SPETTROMETRIA DI EMISSIONE ATOMICA FES, AES, FAES Nella spettrometria di EMISSIONE l'agitazione termica indotta dal calore della fiamma eccita gli elettroni periferici dell atomo nebulizzato Gli elettroni tendono poi a tornare nello stato di riposo emettendo l'energia ricevuta sotto forma di fotoni. Il colore e l intensità radiazione emessa dipendono dal tipo e dal numero di specie nello stato eccitato, e quindi dall energia temperatura della fiamma della transizione coinvolta e dalla NU gu = exp( E / kt ) NL gl I = k 'c Elemento Colore Caratteristiche Na Sodio Giallo Persistente fiamma alla base della Cu Rame Verde smeraldo Immediato e persistente alla base della fiamma Li Litio Rosso scarlatto Abbastanza persistente Ca Calcio Rosso arancione A sprazzi Sr Stronzio Rosso A sprazzi, mai persistente K Potassio Violetto Immediato e persistente alla 33 base della fiamma

34 Al variare della temperatura varia il rapporto N*/N0 aumentando la temperatura le condizioni per l emissione diventano più favorevoli 34 34

35 Colorazioni tipiche della fiamma per alcuni elementi chimici CALCIO COBALTO STRONZIO SODIO LITIO RAME POTASSIO BARIO 35

36 SPETTROMETRIA DI FLUORESCENZA ATOMICA (AFS) Campione Selettore di Lunghezza d onda Detector Sistema di elaborazione 0-90o Sorgente Il detector è posizionato ad angolo retto rispetto alla sorgente: non è raggiunto dalla radiazione emessa dalla lampada, ma solo da quella di fluorescenza riemessa dal campione Si possono usare sia la lampada a catodo cavo sia sorgenti continue ad elevata intensità come la lampada a mercurio: la selettività della λ riemessa è garantita dal processo di fluorescenza atomica coinvolto. La resa non è alta, ma il segnale di fondo è praticamente nullo senibilità I F = Φ I 0ε lc 36

37 SPETTROMETRIA ATOMICA DI EMISSIONE CON SORGENTI A PLASMA Questo tipo di spettroscopia atomica di emissione sfrutta le elevate temperature ( K) realizzabili con sorgenti a plasma. Gli strumenti più popolari usano un plasma ad accoppiamento induttivo (Inductively Coupled Plasma, ICP). La scarica di un alto voltaggio da un avvolgimento attraverso cui fluisce Ar fornisce elettroni liberi in grado di iniziare la formazione del plasma Se il plasma conduttore è posto all interno di un campo elettromagnetico ad elevata frequenza (27 MHz), si avrà un accelerazione degli ioni e degli elettroni e collisioni con il gas di supporto, con l Ar e con l analita La forma toroidale del plasma (fireball) aumenta il tempo di residenza del campione aumento della sensibilità 37 37

38 Tre cilindri concentrici: -Esterno contiene un gas refrigerante -Intermedio contiene il gas di supporto che è ionizzato nella formazione del plasma -Interno contiene l aerosol trasportato dal flusso di argon 38

39 Il plasma è iniziato da scariche di elettroni prodotte da una Tesla discharge coil (produzione di scariche elettriche per accoppiamenti induttivi tra avvolgimenti) I cationi e gli elettroni prodotti generati dalla scintilla sono accelerati dal campo magnetico in un moto circolare (eddy current) perpendicolare al flusso di gas ed analita che sale dalla torcia 39

40 L inversione della corrente alternata (27 MHZ) nelle spire inverte continuamente la direzione della corrente elettronica Gli urti degli ioni e degli elettroni del plasma con gli atomi dell Ar e dell analita producono ulteriore ionizzazione ed un notevole eccesso di energia termica In queste condizioni la temperatura sale fino a K e il plasma è in grado di autosostenersi è mantenuto in posizione dal campo magnetico e dal flusso del gas refrigerante (formazione della fireball) 40

41 L aerosol del campione si riscalda passando attraverso la fireball, emergendo sotto forma di cono che contiene il campione atomizzato o ionizzato nel raffreddamento a K si ha il ritorno del campione allo stato fondamentale e l emissione delle linee spettrali Flusso Ar: l/min regione di emissione Potenza: 2 kw a circa 27 MHz Ignizione: piezoelettrica Iniezione analita: come aerosol Interferenze: scarse Ionizzazione: per alcuni elementi può essere ridotta a causa dell elevata concentrazione di ioni Ar+ Range lineare: 3-5 ordini di grandezza 41

42 Vantaggi dell ICP Incremento della sensibilità: La temperatura del plasma è molto più elevata rispetto a quella della fiamma atomizzazione più completa Non c è fiamma da combustibile+ossidante no formazione di ossidi ed idrossidi Il tempo di permanenza è circa il doppio rispetto alla fiamma La temperatura, nella zona dove si preleva il segnale, è maggiormente uniforme che nella fiamma autoassorbimento trascurabile, più ampio intervallo di linearità Assenza di contatti elettrici background trascurabile Per molti elementi è sfruttata la linea di emissione dello ione che, in queste condizioni, è più intensa di quella di emissione dell atomo Ad es., per il Ca la linea dell atomo neutro a nm è trascurabile rispetto alle linee ioniche a e nm Altri elementi con linea ionica più intensa: Ba, Be, Fe, Mg, Mn, Sr, Ti, V 42

43 ANALISI MULTIELEMENTO Se nel campione sono presenti più elementi, possono essere determinati simultaneamente prelevando i singoli raggi dispersi da un monocromatore L analisi multielemento può essere SEQUENZIALE o SIMULTANEA Analisi sequenziale: prelevando il raggio a diverse quote lungo la sezione del plasma si possono prelevare diverse radiazioni da diversi elementi; ruotando i monocromatori si selezionano le diverse lunghezze d onda corrispondenti alle varie emissioni. Si usa un 43 UNICO DETECTOR

44 Analisi simultanea: si sfrutta la dispersione nello spazio (1D o 2D) delle radiazioni monocromatiche e si utilizzano PIÙ DETECTOR SIMULTANEAMENTE 44

45 In questa configurazione ad ognuna delle fenditure di uscita sono presenti uno o più detector (tubi fotomoltiplicatori) 45

46 46

47 Sorgenti ICP 47

48 SPETTROMETRIA ICP-MASSA (ICP-MS) Parte del cono che esce dalla torcia può essere inviata ad uno SPETTROMETRO DI MASSA (MS) per ottenere l identificazione degli elementi (che arrivano al MS in forma ionica) Gli ioni sono separati in base al loro rapporto massa/carica m/z Possibili interferenze: -interferenza isobara: diversi elementi producono ioni con lo stesso m/z. Esempio: per m/z=40 posso avere Ca, Ar e 40K, per m/z=58 posso avere 58Ni e 58Fe -interferenza poliatomica: specie molecolari o ioni con carica doppia. Esempio: 32S16O+ e P O H con 48Ti e 40Ar16O+ con 56Fe+ -effetto matrice: dovuto a sali in eccesso o solidi non volatilizzabili La sensibilità della ICP-MS è circa dieci volte quella della ICP-AES, e tramite lo spettrometro di massa si possono identificare più ioni simultaneamente 48

49 Un fattore cruciale è l interfacciamento tra l ICP che genera gli ioni e lo spettrometro di massa che li analizza: dei fori con opportuna geometria (skimmer) disperdono in più stadi le molecole gassose del fondo lasciando passare solo gli ioni che sono inviati al separatore di massa quadrupolare Gli ioni separati in base al loro rapporto m/z sono poi rilevati da un detector che converte gli ioni in una corrente elettronica amplificata 49

50 Sorgente di fotoni Dispersione hν νn Spettroscopia di fotoni Spettro di frequenza ν1 Spettroscopia di ioni gassosi m/z 1 mv 2 2 Spettro di massa (m/z)1 (m/z)2 Campo elettrico Campo magnetico 50

51 ANALIZZATORE A SETTORE MAGNETICO Spettrometro di massa a focalizzazione semplice Di solito la sorgente è a EI o CI m, z v 60, 90 o 180 B V 10-7 torr Ioni più leggeri B 2 r 2e m z= 2V Schermo metallico Ioni più pesanti Rivelatore Lo spettro si registra facendo una scansione di V o di B. La scansione di V permette di usare magneti permanenti per la generazione del campo B. Normalmente gli strumenti commerciali sono a scansione di V. 51

52 ANALIZZATORE DI MASSA A QUADRUPOLO La separazione è effettuata utlizzando 4 barre connesse elettricamente (2 + e 2 -) Tra le barre vengono fatti passare segnali AC e DC Le scansioni sono ottenute variando la frequenza della radiofrequenza (AC) o variando i potenziali delle sorgenti (DC) tenendo il loro rapporto e la frequenza costanti 52

53 Riassunto delle caratteristiche delle tecniche di spettrometria atomica 53

54 Limiti di rilevabilità Trend: ICP-MS > GFAAS > ICP-AES > FAAS > FAES 54

55 Limiti di rilevabilità 55

56 Spettrometria atomica Francesco Francesco Nobili Nobili UNICAM UNICAM 02/04/12 1

57 SPETTROMETRIA ATOMICA Interazione radiazione /materia Radiazione Elettromagnetica riscaldamento Atomi ISOLATI in fase gassosa Campione Larghezza delle righe < 0.01 nm Determinata da: indeterminazione quantomeccanica (larghezza naturale), urti, effetto Doppler 02/04/12 NO SOVRAPPOSIZIONI tra spettri atomici di elementi diversi 2 A seguito del riscaldamento ad una temperatura sufficientemente elevata, la maggior parte dei composti si decompone in atomi in fase gassosa. Le transizioni elettroniche a carico di questi atomi in fase gassosa possono essere sfruttate per ottenere spettri atomici. A differenza degli spettri molecolari (spettri UV-Visibile), gli spettri atomici sono costituiti da righe molto nette: non si verificano transizioni vibrazionali e rotazionali. Ad esempio, lo spettro di un complesso di ferro in soluzione si presenta generalmente a bande larghe, ciascuna della larghezza di 100 nm, mentre lo spettro di Fe gassoso è costituito da una serie di righe nette, la cui larghezza è < 0.01 nm. Ciascun elemento possiede uno spettro caratteristico. Essendo le righe così nette, vi è generalmente poca sovrapposizione tra gli spettri dei diversi elementi presenti in un campione. Nella spettrometria atomica, i campioni sono vaporizzati a temperature molto elevate e la concentrazione degli atomi che interessano viene determinata misurando l'assorbimento o l'emissione alle loro lunghezze d'onda caratteristiche. Grazie alle sue elevate sensibilità e selettività e alla semplicità con la quale si possono analizzare numerosi campioni, la spettroscopia atomica è divenuta uno dei principali strumenti della chimica analitica, specialmente in campo industriale. La determinazione di concentrazioni dell'analita al livello di parti per milione (ppm) è ormai di routine e, in alcuni casi, anche il livello delle parti per miliardo (ppb) è analiticamente accessibile. 2

58 3 tecniche di spettrometria atomica: 1) di EMISSIONE 2) di ASSORBIMENTO 3) di FLUORESCENZA 02/04/12 3 Le geometrie di emissione, assorbimento, fluorescenza possono essere utilizzate. In tutti e tre i casi, se le condizioni sono opportune, si registra una RISPOSTA LINEARE IN FUNZIONE DELLA CONCENTRAZIONE che permette l analisi quantitativa del campione. R = k*c 3

59 (1) Schema di uno spettrometro per EMISSIONE ATOMICA AES: Atomic Emission Spectrometry, FES: Flame Emission Spectrometry, FAES: Flame Atomic Emission Spectrometry P Sorgente Monocromatore Detector Sistema di elaborazione Si misura l intensità della radiazione emessa dal campione Campione e sorgente coincidono Campione 02/04/12 4 Nella spettrometria di emissione il campione emette radiazione corrispondente ai proprio livelli elettronici. Si può quinid effettuare anche una analisi qualitativa (quindi spettroscopica) di una campione contenente più elementi. 4

60 (2) Schema di uno spettrometro per ASSORBIMENTO ATOMICO AAS: Atomic Absorption Spectrometry Sorgente Po P Monocromatore Detector Sistema di elaborazione Si misura l intensità (potenza) della radiazione proveniente dalla sorgente che viene assorbita dal campione Campione 02/04/12 5 Nella spettrometria di assorbimento il campione, volatilizzato, assorbe una radiazione monocromatica opportuna. L analita deve essere noto a priori, le determinazioni sono puramente quantitative. 5

61 (3) Schema di uno spettrometro per FLUORESCENZA ATOMICA AFS: Atomic Fluorescence Spectrometry Po P Monocromatore Detector Sistema di elaborazione 90o Si misura l intensità riemessa ad una lunghezza d onda differente da quella della sorgente e dipendente dai livelli del campione Sorgente Campione 02/04/12 6 Nella spettrometria di fluorescenza atomica il campione riemette parte della radiazione assorbita. La resa è bassa ma la selettività e la sensibilità sono alte (doppia selettività, background praticamente 0). 6

62 LIVELLI ELETTRONICI IN ATOMI E MOLECOLE Livelli energetici possibili per un atomo. E2 E2 Livelli energetici possibili per una molecola E1 UV-VIS E1 UV-VIS E E v2 v1 IR r2 r1 r0 E0 v0 E0 In spettrometria atomica l analita è presente sotto forma di nube atomica. Essendo impossibili vibrazioni e rotazioni, lo spettro atomico è a righe, non a bande (una banda è l inviluppo di numerosissime righe). 02/04/ Sia in atomi che in molecole sono coinvolti livelli elettronici. Ricordiamo che gli spettri elettronici di atomi e molecole si differenziano per la loro struttura: a righe nel caso di atomi, a bande nel caso di molecole. Negli spettri atomici infatti non sono coinvolti sottolivelli vibrazionali e rotazionali. 7

63 Spettri atomici a righe, e spettri molecolari - a bande Spettro di assorbimento di atomi di silicio nell intervallo nm. Spettro di assorbimento del permanganato nell intervallo nm. 02/04/ Un esempio dei diversi spettri e delle diverse RISOLUZIONI che si possono ottenere. 8

64 TRANSIZIONI COINVOLTE Nell ASSORBIMENTO ATOMICO - E = hν = 02/04/12 un fotone assorbito promuove uno degli elettroni esterni ad un livello energetico più elevato hc λ l assorbimento si verifica in fase gassosa - può coinvolgere atomi e ioni - coinvolge scambi DISCRETI di energia - le REGOLE DI SELEZIONE devono essere rispettate 9 Le righe presenti negli spettri sono determinate dalla configurazione elettronica di ciascun elemento. Se sono coinvolti ioni, cambia la configurazione elettronica e quindi si modificano le energie in gioco, ma le strutture degli spettri sono analoghe. Ad esempio, il Na atomico e lo ione Mg+ hanno lo stesso numero di elettroni. Di conseguenza, anche se le energie dei livelli elettronici sono diverse in valore assoluto (a causa ad esempio di diverse interazioni con il nucleo), le strutture degli spettri sono le stesse. 9

65 Nell EMISSIONE ATOMICA 02/04/12 - Il calore proveniente da una fiamma o da una scarica elettrica promuove un elettrone ad un livello eccitato - Quando l elettrone torna allo stato fondamentale, emette un fotone di lunghezza d onda caratteristica dell atomo (o dello ione) eccitato Nella spettrometria di emissione si sfrutta il rilascio dell energia accumulata tramite calore o scarica elettrica. Anche le transizioni in emissione sono discrete e dettate dalle configurazioni elettroniche degli elementi coinvolti. 10

66 Tecniche di spettrometria atomica Le popolazioni dei livelli energetici coinvolti sono controllate dalla LEGGE DI DISTRIBUZIONE DI BOLTZMANN N g U 02/04/12 NL = U gl exp( E / kt ) 11 Per l atomizzazione sono utilizzati principalmente tre sistemi che interagiscono con il campione: (1)La torcia al plasma (2)La fiamma (3)Il fornetto di grafite Nei tre sistemi è fornita energia in eccesso al campione per (a)provocarne l atomizzazione (b)stimolarne le transizioni elettroniche (nell emissione) In ogni caso è importante controllare le popolazioni dei livelli energetici in base alla legge di distribuzione di Boltzmann 11

67 TECNICHE DI ASSORBIMENTO ATOMICO AAS Le tecniche di assorbimento atomico si basano su due processi: (1) atomizzazione del campione (come nella spettrometria di emissione) (1) ASSORBIMENTO di una RADIAZIONE proveniente da una sorgente ESTERNA La radiazione assorbita provoca il passaggio di un elettrone dallo stato fondamentale ad uno stato eccitato, di solito il primo (cioè quello a più bassa energia) è necessario che ci sia una ricca popolazione dello stato fondamentale fiamma meno calda che nell emissione log( I 0 / I t ) = A = ε lc Linee di metalli e semimetalli λ > 200 nm Linee di nonmetalli UV-vis λ < 185 nm Solo02/04/12 metalli e semimetalli sono di solito analizzati in AAS UV nel vuoto 12 Si sfrutta la legge di Lambert-Beer per misurare la concentrazione dell analita nel campione. Per avere la massima efficienza il livello fondamentale deve essere più popolato: la fiamma deve essere calda per permettere l atomizzazione ma non al punto di portare molte specie allo stato eccitato. Per effettuare l analisi c è bisogno di una sorgente monocromatica come la lampada a catodo cavo. 12

68 L atomizzazione del campione può essere effettuata su FIAMMA: FAAS Flame Absorption Atomic Spectrometry con FORNETTO DI GRAFITE: ETAAS - atomizzazione ELETTROTERMICA FAAS 02/04/ L atomizzazione può essere effettuata riscaldando il campione mediante fiamma (FAAS) o per effetto Joule in un fornetto di grafite (ETAAS). 13

69 Tecniche di FIAMMA Le tre tecniche (AES Atomic Emission Spectrometry, AAS Atomic Absorption Spectrometry, AFS Atomic Fluorescence Spectrometry) hanno in comune la formazione degli atomi che partecipano ai processi di assorbimento/emissione per riscaldamento da parte di una FIAMMA I componenti principali di uno spettrometro di fiamma devono svolgere le seguenti funzioni (1) portare l analita alla fiamma (1) indurre la transizione spettrale nell analita (1) isolare le linee spettrali richieste per l analisi (1) misurare l intensità della radiazione associata alla transizione spettrale in esame (1) registrare i dati misurati 02/04/12 14 Nelle tecniche di fiamma AES, AAS, AFS la fiamma atomizza il campione e, nel caso dell emissione, fornisce l energia termica in eccesso per portare elettroni allo stato eccitato così da stimolare la successiva transizione E* E0 Le altre componenti isolano le linee spettrali atomiche, misurano la risposta in funzone della concentrazione e registrano i risultati 14

70 Pretrattamento del campione L analita deve essere disciolto in soluzione prima di essere nebulizzato L analita deve essere libero da sostanze che possono interferire con l assorbimento o con l emissione Queste sostanze devono quindi essere rimosse o mascherate. Es: formazione di complessi Trasporto del campione Il metodo più utilizzato per introdurre il campione nella fiamma (o nel plasma nel caso si usi un processo di atomizzazione senza fiamma) è la NEBULIZZAZIONE Per creare atomi liberi in grado di dare transizioni abbiamo quindi bisogno di tre componenti fondamentali: 1) un NEBULIZZATORE che disperde la soluzione/sospensione in GOCCE 2) un elemento (AREOSOL MODIFIER) che separa le gocce grandi dal flusso, permettendo l introduzione solo delle gocce più piccole di una determinata taglia 3) la FIAMMA o ATOMIZZATORE che converte l analita in atomi liberi 02/04/12 15 Come in tutte le tecniche analitiche, l analita deve essere portato nella forma adatta all analisi: cambiamento di fase se necessario (es. dissoluzione di campioni SOLIDI), eliminazione di interferenti. Il campione in SOLUZIONE deve poi essere trasfomato in ATOMI LIBERI GASSOSSI. 15

71 - nella spray chamber le gocce più grandi sono rimosse dal flusso del campione per mezzo di eliche o rotte in gocce più piccole per impatto con opportune sfere o con le pareti - l areosol finale (che ora è una nebbiolina molto fine) è combinato con il combustibile e portato nel bruciatore dove la miscela tra combustibile e comburente produce la fiamma che riscalda ed atomizza il campione 02/04/12 Flusso laminare: le linee di flusso della fiamma sono approssimativamente PARALLELE ed hanno un andamento pressoché UNIFORME nel tempo e nello spazio nella AAS solo una minima percentuale (2-3%) dell analita nebulizzato raggiunge il bruciatore Il processo di nebulizzazione è un processo a bassissima efficienza, ma anche il resto del processo che va dalla nebulizzazione all assorbimento (o all emissione) della radiazione presenta delle perdite, oltre che delle interferenze 16

72 Atomizzazione del campione in fiamma Il processo di atomizzazione converte l analita presente nell aerosol nell analita LIBERO allo STATO FONDAMENTALE. MX in soluzion e Nebulizzazione Scarico Condensazione MAGGIORI PERDITE Aerosol di MX in solzuion e Evaporazione del solvente Aerosol di MX solido I processi laterali interferiscono con la produzione di analita libero allo stato atomico PERDITA DI EFFICIENZA Inoltre si producono specie che possono a loro volta interagire con la radiazione INTERFERENZE L alimentazione Volatilizzaizzione Eccitazione del campione alla OTTIMIZZAZIONE del fiamma è un MX* MX(g) metodo: riduzione del Emissione processo rami laterali CONTINUO: del Associazione Dissociazione Reazione campione sempre MO, nuovo viene MH, M+ + em(g) MOH Dissociazione continuamente Emissione Eccitazione Emissione Eccitazione Emissione Eccitazione portato alla AAS FES, AFS MO*, fiamma M+* M*(g) MH*, consumo di MOH* campione 02/04/12 17 L efficienza di formazione della specie attiva - M(g) o M*(g) per l assorbimento o l emissione deve essere MASSIMA per avere una risposta più elevata possibile SENSIBILITA Tra i processi che portano alla perdita di efficienza possiamo citare: (a) lo scarico del 97-98% del campione durante la nebulizzazione; (b) l eccitazione o l emissione della specie molecolare gassosa MX; (c) la reazione della specie attiva M con ossidanti o riducenti nella fiamma; (d) la ionizzazione della specie M. Le specie MX*, MO, MO*, MH*, MOH*, M+, M+*, M* possono dare a loro volta interferenze assorbendo o emettendo radiazione. Necessità di (1) minimizzare o eliminare i rami laterali; (2) stabilizzare le perdite in modo da avere un efficienza riproducibie 17

73 Si misura l ASSORBANZA del campione lungo il cammino ottico (1) sorgente (2) atomizzatore (3) elemento disperdente (4) detector (5) sistema di lettura e registrazione 02/04/ Il campione atomizzato provoca la diminuzione dell intensità del raggio incidente. Una sorgente con una linea di emissione stretta, come la lampada a catodo cavo, è necessaria per far sì che la radiazione sia assorbita quantitativamente nella banda di assorbimento dell analita atomizzato. Questo è un presupposto per la validità della legge di Lambert-Beer. La fiamma è laminare per massimizzare il cammino ottico (ricordiamo che A = ε*l*c). 18

74 La fiamma La fiamma è una miscela di gas incandescenti prodotti dalla combustione di un combustibile e di un ossidante. I prodotti principali sono CO2, H2O, CO (e N2 incombusto se si usa l aria come ossidante) La temperatura della fiamma è determinata dal tipo di miscela utilizzata e dal rapporto combustibile/comburente 02/04/ La composizione della fiamma e il flusso dei gas determinano la temperatura, che influisce su: (a)popolazioni dei livelli energetici (b)presenza di ossidanti o riducenti che possono formare ossidi, idrossidi ed idruri che possono provocare perdite di efficienza ed interferenze Quindi una fiamma di composizione e temperatura opportune è fondamentale per massimizzare le rese del processo. 19

75 In pratica quindi si opera sulla composizione e sulla temperatura della fiamma: -fiamma + calda per EMISSIONE: più atomi nello stato eccitato -fiamma + fredda per ASSORBIMENTO: più atomi nello stato fondamentale La temperatura massima si raggiunge di solito per rapporti stechiometrici combustibile/ossidante; fiamme più ricche di combustibile sono più fredde Temperature troppo elevate possono conferire un eccesso di energia IONIZZAZIONE DA EVITARE (aggiunta di un soppressore di ionizzazione) emissione NU gu = exp( E / kt ) NL gl assorbimento 02/04/ Fiamme più fredde aumentano la popolazione nel livello fondamentale: condizioni ideali per la spettrometria di emissione. Fiamme più calde aumentano la popolazione nel livello eccitato: condizioni ideali per la spettrometria di emissione. Fiamme troppo calde possono provocare la ionizzazione della specie M, ma a volte le righe di emissione dello ione possono essere più intense di quelle dell atomo, quindi questo non è necessariamente un problema. 20

76 In FES: si utilizza spesso una fiamma con eccesso di acetilene ambiente riducente per prevenire la formazione di ossidi Metalli alcalini miscela acetilene/aria Ga, In, Tl, Co, Co, Cr, Ni, Mn hanno bisogno di temperature più elevate per ridurre i corrispondenti ossidi acetilene/ossido nitroso a temperatura maggiore Schermaggio della fiamma con uno strato di gas inerte si estende la regione D tra i due coni si incrementa il range di condizioni buone per l eccitazione (cioè il range di T in funzione dell altezza) per analisi FES multielemento In AAS: il rapporto combustibile/ossidante deve essere tale da fornire il massimo numero di atomi liberi minimizzando interferenze da emissione, ionizzazione e formazione di composti Due strategie per evitare la formazione di ossidi, carburi, nitruri : 1) Fiamma fredda (acetilene/aria) per minimizzare la formazione di composti non termolabili 2) Fiamma calda (acetilene/n2o) per dissociare 02/04/12 composti termolabili I vari METODI per i diversi elementi prevedono proprietà ed utilizzi diversi della fiamma nell applicazione della TECNICA. 21

77 Interferenze chimiche: INTERFERENZE Sono dovute prevalentemente alla formazione di composti che influiscono sul rendimento dell atomizzazione o la ionizzazione dell analita stesso Interferenze spettrali: -righe di assorbimento di atomi diversi dall analita, sono relativamente rare ma molto difficili da eliminare possiamo sfruttare solo il potere risolvente del monocromatore -bande allargate dovute alla presenza di specie radicaliche o molecolari, sono molto frequenti e producono generalmente un aumento del fondo segnale continuo 02/04/ Soprattutto quando si opera in fiamma, le interferenza chimiche o spettrali possono costituire un fondo continuo che si sovrappone al segnale discreto che si sta analizzando. Mentre le interferenze da altri atomi sono piuttosto rare, le interferenze da specie molecolari possono costituire un segnale continuo di fondo che va corretto. 22

78 INTERFERENZE SPETTRALI Es.: determinazione di Ba in presenza di Ca Ca e Ba atomizzano simultaneamente Ca (g) + ossidante ----> CaOH (g) CaOH (g) mostra una larga banda di assorbimento molecolare l assorbanza osservata ha un errore dovuto all assorbimento in background di CaOH (g) Wavelength λba Signal Signal λba segnale non atomico Wavelength A meno che non sia possibile riprodurre esattamente la matrice, neanche l analisi con uno spettrofotometro a doppio raggio è in grado di eliminare completamente il background 02/04/ L eliminazione delle interferenze spettrali può essere effettuata: (1)Riproducendo la matrice ed utilizzandola come bianco in uno spettrofotometro a doppio raggio (2)Utilizzando il metodo delle aggiunte di standard (il campione è utilizzato come bianco e si aggiungono quantità note di analita per costruire una retta di taratura) (3)Utilizzando delle tecniche strumentali di correzione 23

79 Derivano da una perdita di efficienza del processo di atomizzazione segnale depresso INTERFERENZE CHIMICHE Di solito si verificano quando l analita fa parte di una MATRICE COMPLESSA (es. acqua di mare) MX in soluzion e Nebulizzazione Scarico Aerosol di MX in solzuion e Condensazione MAGGIORI PERDITE Evaporazione del solvente Aerosol di MX solido Determinazione del Ca in presenza di PO43In soluzione acquosa Ca2+ + PO43- CaPO4CaPO4- è meno volatile (più difficile da atomizzare) di Ca2+ All aumentare di [PO43-], l equlibrio si sposta verso destra: [CaPO4-] aumenta e [Ca2+] diminuisce. Come risultato, diminuisce 02/04/12 l assorbanza del Ca Volatilizzaizzione Eccitazione MX* MX(g) Emissione MO, MH, MOH Eccitazione Associazione Reazione M(g) Dissociazione Emissione Eccitazione AAS MO*, MH*, MOH* Dissociazione M+ + e- Emissione Eccitazione FES, AFS M*(g) Emissione M+* Le interferenze chimiche sono una conseguenza degli EQUILIBRI MULTIPLI a cui partecipano le specie M ed M* coinvolte negli equilibri di assorbimento ed emissione. In presenza di una matrice complessa, e/o durante l atomizzazione in fiamma, si possono formare quindi molte specie che (a)riducono la formazione della specie atomica attiva (b)creano altri segnali in assorbimento ed emissione che possono interferire. 24

80 Le INTERFERENZE CHIMICHE possono essere corrette nei seguenti modi -INTERFERENZA DI MATRICE se la matrice ostacola la vaporizzazione dell analita è preferibile usare standard nella stessa matrice (se è nota). La sensibilità rimane però scarsa -INTERFERENZA DI VOLATILIZZAZIONE se c è il rischio che si formino composti termicamente stabili (es: Ca3(PO4)2 ) e non volatili, si possono aggiungere agenti complessanti come EDTA che facilitano il rilascio del catione dall anione dal fosfato: Ca2+ è volatilizzato come complesso di EDTA che poi è distrutto nella fiamma in alternativa si possono aggiungere specie come La o Sr che si legano al fosfato rilasciando il Ca specie come Al e Tl che possono formare ossidi refrattari sono volatilizzate cambiando temperatura e composizione (maggiormente riducente) della fiamma -INTERFERENZA DI IONIZZAZIONE metalli alcalini producono facilmente ioni che diminuiscono l efficienza del processo di produzione di specie atomiche neutre M. Si possono usare SOPPRESSORI DI IONIZZAZIONE come Li, K, Cs, Sr o sali di La: queste specie si ionizzano molto facilmente elevata concentrazione di elettroni nel vapore ricombinazione con le specie ionizzate dell analita 02/04/12 25 Le interferenze chimiche possono quindi essere corrette lavorando sugli equiibri. Le metodologie di correzione delle interferenze possono essere riportate nei metodi ufficiali per la determinazione dei vari elementi. 25

81 CORREZIONE DEL FONDO MEDIANTE LAMPADA A DEUTERIO La HCL emette uno spettro a righe, quella a deuterio uno spettro continuo. La fenditura del monocromatore isola la riga di risonanza dello spettro emesso dalla HCL, con una ampiezza dell ordine di nm, mentre separa dallo spettro continuo della lampada a deuterio una banda con ampiezza dell ordine di nm; Le intensità delle due sorgenti vengono eguagliate entro l intervallo spettrale considerato; In presenza di assorbimenti specifici (dell analita in esame) IHCL viene ridotta proporzionalmente alla concentrazione dell analita mentre ID2 viene ridotta di una frazione trascurabile; In presenza di un assorbimento aspecifico (fondo) le due intensità sono ridotte in ugual misura; In presenza di un assorbimento specifico (analita) e, contemporaneamente, aspecifico (fondo + analita), l intensità della radiazione emessa dalla lampada a deuterio, ridotta dal solo assorbimento aspecifico, fornisce il valore di I0 (corretto dal fondo) mentre l intensità della radiazione emessa dalla HCL, ridotta da entrambi gli assorbimenti, fornisce il valore di It (anche esso corretto dal fondo). A questo punto A=-log(It/I0) 02/04/ Inviando alternativamente sul campione i due segnali provenienti da una sorgente continua (lampada al deuterio) e discreta (lampada a catodo cavo), si misurano le intensità delle radiazioni trasmesse dalle due sorgenti attraverso il campione e si paragonano tra loro per ottenere l assorbanza SPECIFICA dell analita. Intensità della radiazione della lampada al deuterio trasmessa attraverso il campione ed assorbita solo dall analita (background) = I0 Intensità della radiazione della lampada a catodo cavo trasmessa attraverso il campione ed assorbita dalla matrice e dall analita = It A = - Log (It/I0) 26

82 CORREZIONE DEL FONDO MEDIANTE EFFETTO ZEEMAN Si applica un intenso campo magnetico oscillante alla lampada a catodo cavo (o direttamente all atomizzatore) In questo modo la lampada (o l analita) subiscono uno splitting della linea spettrale in esame: -una linea singola alla frequenza di risonanza dell emettitore (o dell assorbitore) larga circa nm polarizzata nello stesso piano della radiazione emessa in assenza di campo magnetico (π) -un doppietto, centrato sulla frequenza di risonanza, ma spostato in lunghezza d onda (~0.01 nm) dalla linea di risonanza per effetto Zeeman e polarizzato perpendicolarmente alla radiazione di risonanza (σ+ e σ-) Le due radiazioni polarizzate passano attraverso l atomizzatore: -la linea singola centrata alla frequenza di risonanza dell analita viene assorbita dall analita e dal background -il doppietto è shiftato e quindi viene assorbito solo dal background (che presenta un assorbimento pressoché costante a λ molto vicine alla 02/04/12 linea centrale) Nella correzione per effetto Zeeman si sfrutta lo splitting del picco di emissione della lampada (o di assorbimento dell analita) quando un campo magnetico oscillante è sovrapposto alla sorgente o al campione. Il picco centrale ed il doppietto a frequenze maggiore o inferiore sono, rispettivamente: (1)ASSORBITI da fondo+analita e fondo solamente (2)POLARIZZATI su due piani perpendicolari 27

83 Un polarizzatore rotante lascia passare alternativamente dalla lampada i due fasci polarizzati -l assorbanza da parte dell analita (linea centrale) è registrata solo durante una delle due fasi di rotazione del polarizzatore -l assorbanza da parte del background è registrata durante entrambe le fasi (linea centrale e doppietto) -l assorbanza dell analita è determinata sottraendo i due segnali 02/04/ Mediante un polarizzatore si prelevano alternativamente i due segnali perpendicolari: -l intensità del segnale trasmesso attraverso il doppietto dà I0 -l intensità del segnale trasmesso attraverso il picco centrale dà It A = - log (It/I0) 28