Jak ovlivňují různé faktory intenzitu vyzařování v plamenné fotometrii?

Při použití standardní metody přídavku je nutné provést opravu pro pozadí emisního signálu vznikajícího z plamene. Toho lze dosáhnout injektováním rozpouštědla do plamene a následným měřením jeho signálové intenzity, označované jako pozadí emisní. Při následných výpočtech je třeba tuto intenzitu pozadí odečíst od intenzity emisního signálu vzorku.

Pokud se používá metoda vnitřního standardu, zahrnuje to několik kroků. Nejdříve je nutné připravit standardní vzorky, které obsahují známé množství vnitřního standardního prvku (obvykle lithium). Tyto standardní vzorky se následně vstřikují do plamene, kde se zaznamenává jejich signálová intenzita. Poté se stejné kroky opakují pro vzorky s neznámými koncentracemi. Vypočítaný poměr signálových intenzit je poté vykreslen vůči koncentraci určovaného prvku, přičemž koncentrace vnitřního standardu je konstantní. Vzniká kalibrační křivka, na jejímž základě je možné určit koncentraci analyzovaného prvku v neznámém vzorku.

V případě jednoduchého plamenného fotometru však nelze eliminovat okamžité výkyvy v charakteristikách plamene, které mohou ovlivnit přesnost výsledků. Tyto výkyvy je možné potlačit použitím přístrojů s přímým čtením, které umožňují okamžitě a současně měřit poměr dvou intenzit. Ne každý prvek je vhodný pro použití jako vnitřní standard. Ideální vnitřní standard by měl splňovat dvě základní podmínky: jeho množství ve vzorku by mělo být minimální a měl by vykazovat emisní čáru, která reaguje na interference stejně jako čára určovaného prvku.

Pokud jde o současnou analýzu více prvků, jedná se o relativně novou aplikaci spektroskopie emisního vyzařování. K provádění současné multielementární analýzy byla navržena řada metod. Jednou z nich byla metoda popsaná Mitchell et al. v roce 1973, která využívá detekční systém vidikonu a monochromátor o šířce 0,25 m. Tento systém umožňuje rozlišení spektrálních čar vzdálených pouze 20 Å, což přispívá k vysoké přesnosti analýzy.

Existuje několik faktorů, které mohou ovlivnit intenzitu vyzařovaného záření v plamenné fotometrii. Mezi tyto faktory patří viskozita, přítomnost kyselin a jiných kovů ve vzorku. Například přítomnost látek zvyšujících viskozitu (např. sacharóza) snižuje účinnost atomizace a tím i intenzitu vyzařování. Kyseliny mohou narušit rovnováhu disociace, což rovněž vede ke snížení intenzity světla. Pokud jsou ve vzorku přítomny jiné kovy, může to změnit intenzitu vyzařovaného záření. Aby se odstranily tyto vlivy, používají se speciální filtry, které absorbují záření od prvků, které mají být v analýze stanovovány.

Při použití emisní spektroskopie, kde dostatečná energie vzorku způsobí vzestup vnějších elektronů atomů nebo iontů na vyšší energetické úrovně, dochází k vyzařování fotonů, jak se elektrony vracejí na nižší úroveň. Tento proces vede k vytvoření charakteristických spektrálních čar, které jsou pro každý atom nebo iont jedinečné. Záření se zaznamenává na základě těchto charakteristických čar, které poskytují kvalitativní informace, zatímco intenzita záření slouží k kvantitativní analýze.

Při analýze emisního záření se obvykle využívají komponenty spektrografu, které zahrnují excitační zdroj s vysokou energií, držák vzorků, vstupní a výstupní štěrbiny, disperzní prizmata nebo mřížky a detektor. Záření vznikající z excited atomů nebo iontů je zaznamenáváno pomocí detektorů, jako jsou fotomultiplikační tuby, které umožňují elektronické záznamy a zpracování spektrálních čar.

Pokud jde o excitační zdroje, nejběžnějšími jsou střídavý a stejnosměrný oblouk nebo jiskření, přičemž laserová excitace se používá v případě analýz malých vzorků nebo specifických oblastí.

Jak správně připravit kalibrační křivky a použít Beerův zákon v analytické spektroskopii?

Při provádění analytických spektroskopických měření je důležité nejen správně nastavit přístroj, ale také zajistit, že všechny faktory, které mohou ovlivnit výsledky, jsou řádně zohledněny. To zahrnuje výběr vhodné vlnové délky, která bude zajišťovat maximální přesnost a citlivost měření. Ačkoliv některé sloučeniny mohou vykazovat vyšší absorpční schopnosti při konkrétních vlnových délkách, je třeba brát v úvahu nejen samotnou absorpci, ale i možné interferenční efekty a šířku štěrbiny, která může způsobit chyby v měření. V praxi tedy nelze spoléhat pouze na teoretické výpočty, ale je nutné zahrnout všechny relevantní faktory.

Vybraná vlnová délka pro měření by měla být taková, která poskytne nejnižší potenciál pro interference, a přitom maximalizuje citlivost při dané šířce pásma. Například bod B se ukazuje jako optimální volba při šířce pásma 20 nm. Tento bod nabízí kompromis mezi citlivostí a minimalizací chyb způsobených interference, což je zvláště důležité pro analytické aplikace, kde je třeba dosáhnout přesných a opakovatelných výsledků.

Po výběru vlnové délky a nastavení přístroje je třeba ověřit, zda systém splňuje Beerův zákon, což je základní princip, který popisuje vztah mezi absorbancí, koncentrací a délkou optické dráhy. Ověření tohoto zákona se provádí pomocí kalibračních křivek, které je třeba připravit na základě řady standardních roztoků. Postup zahrnuje přípravu roztoků s různými koncentracemi analyzované látky, přípravu prázdného roztoku a nastavení 0 % a 100 % transmitance na spektrometru.

Ve své nejjednodušší formě lze Beerův zákon vyjádřit rovnicí:

Pokud je křivka absorbance proti koncentraci zkreslena, například špatnou přípravou blanku, je možné přesto použít grafické metody pro určení koncentrace. V tomto případě je nutné správně upravit absorbanci o hodnotu absorbance blanku. Tento proces zahrnuje odměření absorbance, která je čistě způsobena analyzovanou látkou, a použití upravené absorbance v dalších výpočtech.

Dalšími metodami, které lze použít v analýze, jsou metody založené na použití bílé světla. I když tyto metody nejsou tak přesné jako metody založené na monofrekvenčním světle, mohou být dostačující pro určité aplikace. V těchto případech je běžně používán lidský zrak pro detekci a porovnání intenzity barvy v neznámém vzorku s intenzitou v referenčním vzorku. Existují tři hlavní metody, jak tento úkol řešit: metoda standardní série, metoda ředění a metoda změny optické dráhy, například pomocí colorimetru Duboscq.

Metoda ředění je založena na zředění vzorku až do dosažení shody intenzity barvy mezi vzorkem a standardem. Tato metoda je užitečná, pokud je nutné určit koncentraci neznámého vzorku při použití jednoduchého přístroje. Stejně jako u předchozích metod je důležité správně aplikovat Beerův zákon pro výpočet konečné koncentrace.

Je důležité si uvědomit, že každá z těchto metod má své výhody a omezení. Při použití spektroskopických metod by měla být vždy zvážena přesnost přístroje, kvalita standardů a podmínky měření, protože i drobné odchylky mohou výrazně ovlivnit výsledky analýzy.