Tecniche analitiche per l analisi di matrici ambientali Dr. Chiara Ponzoni Dr. Maria Cannio
Tecniche Spettroscopiche: a. Spettrometria UV-Visibile (UV-Vis); b. Spettrometria IR (IR); c. Spettrometria di assorbimento atomico (AA); d. Spettrometria ottica di emissione al plasma (ICP); e. Spettrometria di massa (MS). Tecniche Cromatografiche: a. Cromatografia su colonna; b. Cromatografia su lastra sottile (TLC); c. High Pressure Liquid Cromatography (HPLC); d. Gas-Cromatografia (GC).
c. Spettrometria di Assorbimento Atomico (AA) Tecnica più utilizzata per la determinazione quali quantitativa di specie inorganiche campioni inorganici, cationi inquinanti e campioni biologici. Si basa sull esame dell assorbimento di una radiazione elettromagnetica monocromatica di lunghezza d onda uguale a quella necessaria per ottenere salto elettronico dopo che questa passa in un mezzo in cui il campione sia presente come atomi o ioni monoatomici. Spettroscopia di assorbimento VS Spettroscopia ad emissione La Spettroscopia di assorbimento dipende dalla frazione di atomi nello stato fondamentale praticamente costante elevata sensibilità ed alta riproducibilità. Nella Spettroscopia ad emissione l intensità della radiazione emessa dipende dal numero di atomi allo stato eccitato numero piccolo poco sensibile e riproducibile.
Ogni atomo dispone di un numero suo proprio di elettroni, situati su determinati orbitali si ottengono spettri di assorbimento atomico caratteristici = una serie di righe, dette righe di risonanza, la cui intensità è proporzionale alla probabilità della transizione elettronica corrispondente. Osservatore Se l atomo è tra la fonte del fotone e l'osservatore calo nell'intensità di luce nella frequenza del fotone incidente, poiché i fotoni riemessi saranno in direzioni diverse dell'originale. Questa è una linea di assorbimento. Le linee d'assorbimento sono estremamente atomo-specifiche, e possono essere usate per identificare facilmente la composizione chimica di tutti i mezzi che la luce può attraversare.
Spettrometria AA è una tecnica impiegata per determinare residui metallici in diverse matrici (ex farmaci) Vantaggi: è altamente specifica Svantaggi: a) è applicabile solo ad elementi metallici; b) ciascun elemento richiede una diversa sorgente di radiazione (lampada a catodo cavo) Schema strumento Sorgente di radiazione monocromatica Sistema di atomizzazione Rilevatore della radiazione assorbita Sorgente fonte di righe di emissione NON ALLARGATE se il raggio è ampio la maggior parte non viene assorbito non rilevabile. Lampada a catodo cavo (HLC)
Lampada a catodo cavo (HLC) Argon (Neon) Funzionamento: Si applica una piccola differenza di potenziale fra catodo e anodo Argon si ionizza e si formano scariche elettriche gli ioni Argon bombardano il catodo provocando l espulsione di atomi gli atomi eccitati dalla scarica elettrica emettono uno spettro caratteristico dell elemento di cui è costituito il catodo stesso se il catodo è costituito dell elemento analita si ottiene un emissione monocromatica ad alta intensità. Svantaggio: occorre una lampada a catodo cavo per ogni elemento Lampade a Multielemento
Atomizzatori: In Fiamma: un aliquota del campione in soluzione viene vaporizzato la fiamma deve essere calda per dissociare in atomi le molecole ma non tanto da ionizzare gli atomi. In Forni con tubo di grafite: un aliquota del campione in soluzione subisce dissociazione termica in forni il campione subisce: evaporazione del solvente; Incenerimento; atomizzazione. Vantaggi : eliminazione disturbi; aliquote molto piccole di campione ; limiti di rivelabilità ridotti. Interferenze a. Interferenze Spettrali: Effetti di emissione; assorbimento, diffrazione SISTEMI DI CORREZIONE b. Interferenze NON Spettrali: 1. Interferenze fisiche: dipendono da proprietà del campione alterano efficienza atomizzazione SOLUZIONI DILUITE. 2. Interferenze chimiche: portano a formare durante l atomizzazione composti refrattari FIAMME ACIDE O RIDUCENTI O AGGIUNTA DI COMPLESSANTI.
La misura Rilevatore Fotomoltiplicatore Monocromatore Lampada a catodo cavo Fiamma Atomo La radiazione proeniente dalla lampada passa attraverso gli atomi e si verifica un assorbimento una specifica transizione di assorbimento è isolata dal monocromatore e moltiplicata dal fotomoltiplicatore. prima di effettuare la misura occorre tarare lo strumento (bianco = stessa composizione della soluzione del campione) e ottenere una curva di calibrazione utilizzando Standard a concentrazione nota (legge Lambert-Beer).
Esempio di Spettro Spettro del Sodio Na ha 11 elettroni: configurazione: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 ; l elettrone interessato alla transizione è quello di valenza; Questo contiene il cosiddetto doppietto: due righe di lunghezza d'onda molto simile, 588,99 e 589,59 nm = D 2 e D 1, non distinguibili dall'occhio umano, ma osservabili con uno spettroscopio ad alta risoluzione Giallo D 2 e D 1
1. Analisi Acque potabili: Esempi di Inquinanti Metallo potassio sodio zinco argento bario berilio cobalto ferro manganese nichel piombo rame vanadio antimonio Assorbimento Atomico aspirazione diretta in fiamma aspirazione diretta in fiamma aspirazione diretta in fiamma con formazione di idruri.
Esempi di Inquinanti 2. Metalli pesanti: Mercurio (in aria-acqua; matrici solide) Principio di misura: assorbimento atomico con. Campione aria: Si raccoglie il Hg 0 in aria facendola gorgogliare in una soluzione acida di KMnO 4. Il mercurio viene ossidato a Hg 2+ ; quindi viene raccolto e ridotto a Hg 0 con SnCl 2. Viene quindi immesso per flusso di Ar nella cella dove si registra lo spettro. Matrici solide: Il campione viene essiccato e successivamente decomposto termicamente, in corrente di O 2. I i vapori di mercurio sono trasportati attraverso il tubo di decomposizione, la cui estremità terminale è provvista di un sistema di assorbimento selettivo e una reticella d oro che funge da trappola selettiva per il mercurio, con formazione di amalgama. Poi, mediante rapido riscaldamento, il mercurio viene liberato dall amalgama e spinto all interno di una cella. Piombo (in alimenti, acqua, matrici solide-ambientali) Principio di misura: assorbimento atomico con.
Esempi di Inquinanti Cadmio (in terreni, atmosfera, polveri sottili) Principio di misura: assorbimento atomico con. Il campione viene filtrato su filtro a membrana e quindi mineralizzato in un sistema di digestione a microonde che utilizza acido nitrico e perossido di idrogeno. Nichel (terreni, acqua, aria) Principio di misura: assorbimento atomico con. Il campione viene filtrato su filtro a membrana e quindi mineralizzato in un sistema di digestione a microonde che utilizza acido nitrico e perossido di idrogeno. Cromo (terreni, acqua, aria) Principio di misura: assorbimento atomico con.