1. EMISIONE OPTIČKE METODE
dr Dragan Manojlović, dr Tatjana Verbić, Hemijski fakultet Beograd

2. Emisione metode se zasnivaju na ispitivanju svetlosti koju emituje analizirana supstanca Kvalitativna analiza kod ovih metoda se zasniva na činjenici da je talasna dužina emitovanog zračenja određena strukturom atomskog omotača koji je karakterističan za svaki element Kvantitativna analiza se zasniva na vezi između intenziteta emitovane svetlosti i broja čestica koje je emituju

3. Emisione metode se u principu mogu koristiti za identifikaciju i određivanje svih elemenata u periodnom sistemu
U praksi se emisione metode koriste za određivane sedamdesetak elemenata (metala i nemetala), a uzorci mogu biti čvrsti, tečni i gasoviti
Količina uzorka je mala, obično nekoliko miligrama, a ponekad i manja od miligrama

4. Uzorci se najčešće direktno analiziraju, bez prethodne obrade i razdvajanja
Emisione metode imaju i neke nedostatke: skupi aparati, relativno mala preciznost i tačnost oko 5%, mogu se odrediti samo elementi koji ulaze u sastav uzorka a ne i jedinjenja, uzorak se u toku analize razara
Spektralni aparati koji se koriste kod emisionih optičkih metoda moraju da sadrže neke osnovne delove bez obzira koja je metoda u pitanju

5. Izvor svetlosti, odnosno izvor pobuđivanja i kod ovih metoda je uzorak kome je dovedena potrebna količina energije za pobuđivanje njegovih atoma (plamen, luk, varnica, ICP, lampa sa šupljom katodom, itd)
Optički delovi imaju ulogu da usmere optički snop i da mu daju željeni pravac

6. To su razna sočiva, ogledala, a izbor materijala zavisi od spektralne oblasti
Kao disperzioni elemenat danas se, uglavnom, koristi difrakciona rešetka
Kod jednostavnijih aparata (plameni fotometar) još se koriste filtri
Kao detektor zračenja koristi se fotografska ploča ili fotoelektrična detekcija, fotoćelija i fotomultiplikator

7. PLAMENOFOTOMETRIJSKA ANALIZA

8. Plamena fotometrija je emisiona metoda analize kod koje se kao sredstvo pobuđivanja koristi plamen dobijen oksidacijom gorivnog gasa (butan, acetilen, vodonik,..) kiseonikom ili vazduhom U plamenu se mogu pobuditi atomi alkalnih i zemnoalkalnih metala, In, Cr, Mn, Co, Cu, Ag i neki drugi elementi čija je energija ekscitacije mala - ukupno oko 40 elemenata Tačnost plamenofotometrijskih određivanja iznosi 2-4%

9. Rastvor supstance koja se određuje raspršuje se u plamenu pomoću posebnog sistema raspršivača u vidu fine magle (aerosola)
Od trenutka raspršivanja do momenta emitovanja elektromagnetnog zračenja rastvora, odigrava se niz procesa
Isparavanjem rastvarača zaostaje fini prah čvrste supstance koja zatim prelazi u gasovito stanje

10. Nakon toga sledi proces disocijaciije, pri čemu nastaju neutralni atomi koji apsorpcijom zračenja odgovarajuće talasne dužine prelaze u pobuđeno stanje
Vraćanjem u osnovno stanje emituje se zračenje karakteristično za atome koji ga emituju

13. U plamenu dolazi i do pobuđivanja nedisosovanih molekula zbog čega se emisija plamena osim linijskog (atoma i jona) sastoji i od trakastog (molekulskog) spektra
Na rezultate plamenofotometrijske analize utiče veći broj faktora koji dovode do sistematskih grešaka pa o njima moramo voditi računa prilikom analize
Na proces isparavanja prvenstveno utiče gustina i površinski napon analiziranog rastvora

14. Ove veličine zavise od sastava rastvora i temperature pa se povećavanjem temperature za 10 do 20oC povećava intenzitet emitovanog zračenja.
U prisustvu površinski aktivnih supstanci koje smanjuju površinski napon, obezbeđuje se efikasnije raspršivanje a samim tim se povećava i intenzitet emitovane svetlosti
Suprotan efekat se javlja u prisustvu tečnosti koje povećavaju površinski napon (glicerin, šećer, proteini itd.)

15. U plamenu je moguće i odigravanje procesa jonizacije
Ovaj proces zavisi od temperature plamena i utiče na intenzitet emitovane svetlosti
Većina elemenata se plamenofotometrijski određuje pomoću spektralnih linija koje potiču od neutralnih atoma
Proces jonizacije ispitivanog elementa dovodi do smanjenja intenziteta spektralnih linija

16. Ukoliko je u plazmi prisutno više elemenata proces jonizacije može dovesti do povećanja intenziteta spektralnih linija analiziranog elementa
Ukoliko su u plazmi prisutna dva elementa, koji mogu da se jonizuju:
M1  M1+ + e-
M2  M2+ + e-
Ukupna koncentracija elektrona u plazmi plamena biće:
  e- = M1+ + M2+

17. Povećanje broja elektrona u plamenu dovodi do pomeranja ravnoteže u pravcu stvaranja neutralnih atoma Efekat suzbijanja jonizacije objašnjava pojačivačko dejstvo alkalnih metala Intenzitet emitovane svetlosti karakteristične za Rb u prisustvu K biće veći zbog povećanog broja elektrona koji suzbijaju jonizaciju Rb, odnosno povećavaju broj neutralnih atoma Rb

18. Nastajanje teško rastvornih soli ili slabo disosovanih jedinjenja u plamenu takođe, dovodi do smanjenja intenziteta emitovane svetlosti
U plamenu se stvaraju stabilni oksidi i hidroksidi metala
Najstabilniji su oksidi zemnoalkalnih metala-stepen termičke disocijacije CaO iznosi svega 4,7% i ovi elementi se često određuju preko molekulskih traka njihovih oksida

19. Intenzitet emitovane svetlosti bitno zavisi i od anjonskog sastava rastvora. U većini slučajeva (izuzimajući anjone organskih kiselina) prisustvo anjona dovodi do smanjenja intenziteta emitovane svetlosti odnosno anjonskog efekta Najjači efekat je u prisustvu sulfatnog i fosfatnog jona

20. Suština uticaja anjona je veoma složena, ali je sigurno da njihovo prisustvo onemogućava proces isparavanja čvrste supstance, što izaziva opadanje broja neutralnih atoma u plamenu
U prisustvu sumporne i fosforne kiseline onemogućeno je određivanje kalcijuma u rastvoru zbog stvaranja stabilnih, teško rastvornih jedinjenja
Sličan efekat pokazuju i neki katjoni kao što je aluminijum, koji ometa plamenofotometrijsko određivanje kalcijuma i stroncijuma usled stvaranja kalcijum i stroncijum aluminata

21. Kvalitativna analiza
Plamenofotometrijski se može izvesti i kvalitativna analiza uzorka jer je svetlost koja se emituje karakteristična za svaki element koji se nalazi u uzorku
Sa aparatima koji poseduju disperzioni elemenat može se izvesti kvalitativna analiza veoma složenih uzoraka, dok se kod aparata sa filtrima može odrediti samo manji broj elemenata

22. Princip se sastoji u tome da se prvo očitava fotostruja za slepu probu pri čemu se svetlosni snop propušta kroz odgovarajuće filtre karakteristične za određeni element Zatim se na isti način očitava fotostruja za ispitivani rastvor

23. Kvantitativna analiza
Intenzitet spektralnih linija nekog elementa srazmeran je njegovoj koncentraciji
U manjem intervalu koncentracija, zavisnost intenziteta od koncentracije je linearna
Do odstupanja od linearnosti dolazi u sledećim slučajevima:
Pri niskim koncentracijama ispitivanog elementa, zbog nedovoljne osetljivosti određivanja

24. Pri visokim temperaturama plamena, zbog procesa jonizacije
Pri visokim koncentracijama ispitivanog elementa, zbog pojave samoapsorpcije
Zbog niza ometajućih faktora koncentracija neke ispitivane vrste se ne može izmeriti direktno merenjem fotostruje

25. Neophodno je imati odgovarajuće standardne rastvore, koji sadrže sve komponente kao i ispitivani rastvor i samo se razlikuju po sadržaju ispitivanog elementa
Kada se raspolaže ovakvim rastvorima onda se koncentracija ispitivanog elementa može veoma jednostavno odrediti metodom kalibracione prave

26. Metoda standardnog dodatka Suština metode standardnog dodatka se sastoji u tome da se analizirani rastvor podeli u tri dela. U dva dela se dodaju određena zapremine (V1 i V2) rastvora sa poznatom koncentracijom ispitivanog elementa Zatim se dodavanjem destilovane vode podesi da sva tri rastvora imaju istu zapreminu i nakon očitavanja foto struje se crta grafik

28. AFS (ATOMSKA FLUORESCENTNA SPEKTROSKOPIJA)

29. Fluorescence Spectroscopy
Principles of
Fluorescence Spectroscopy
Third Edition
Joseph R. Lakowicz
University of Maryland School of Medicine
Baltimore, Maryland, USA

30. Fluorescence is now a dominant methodology used extensively in biotechnology, flow cytometry, medical diagnostics, DNA sequencing, forensics, and genetic analysis, to name a few.
Fluorescence detection is highly sensitive, and there is no longer the need for the expense and difficulties of handling radioactive tracers for most biochemical measurements. There has been dramatic growth in the use of fluorescence for cellular and molecular imaging. Fluorescence imaging can reveal the localization and measurements of intracellular molecules, sometimes at the level of single-molecule detection.
Fluorescence technology is used by scientists from
many disciplines.

31. The first observation of fluorescence from a quinine
solution in sunlight was reported by Sir John Frederick
William Herschel in 1845.

32. Emisija fluorescentnog zračenja je posledica apsorpcije fotona od strane molekula (prelaz sa S0 na S1 elektronski nivo).
Deo apsorbovanog zračenja se gubi kroz brzu relaksaciju, prelazak iz singletnog u tripletno stanje (S1 u T1), ili u nekim neradijativnim procesima (sudaranje molekula među sobom ili sa zidovima suda),

33. Energetski dijagram nastajanja fluorescentnog zračenja

34. Većina molekula nema sposobnost emitovanja fluorescentnog zračenja
Manje fleksibilni molekuli imaju veću verovatnoću da deo apsorbovanog zračenja emituju kroz fluorescenciju.

35. Emisioni spektar molekula – slika u ogledalu apsorpcionog spektra
Razlika u talasnim dužinama maksimuma emisije i apsorpcije naziva se Stoksov pomeraj.

36. Blok shema spektrofluorimetra

38. Kao izvor zračenja kod spektrofluorimetra se koriste kontinualni izvori, kao što je ksenon (Xe) varnična lampa. Monohromator - difrakciona rešetka. Detektor - fotomultiplikator.
Intenzitet fluorescentnog zračenja proporcionalan je koncentraciji, u slučaju kada je apsorbancija
rastvora vrlo mala (manja od 0,05).
Velika prednost fluorescentne spektroskopije u odnosu na klasičnu UV/Vis apsorpcionu
spektroskopiju je mnogo veća osetljivost ( puta), uz širok linearni opseg odgovora.