Sylabus
1. Úvod do a rozdělení metod atomové spektrometrie: Princip a zákonitosti vzniku atomových spekter. Emisní a absorpční spektra. Dopplerovské a Lorentzovské rozšíření analytické čáry. Boltzmanův vztah. Atomové absorpční, fluorescenční a emisní metody. Nejvíce využívané metody.
2. Společné části přístrojů: zdroje elektromagnetického záření; disperzní prvky; detektory.
3. Příprava vzorků pro stopovou prvkovou analýzu s použitím atomových spektrometrických metod jako detektorů. Práce s pevnými vzorky, technika „solid sampling“, výhody a omezení (homogenita vzorků, matriční efekty, kalibrační křivky). Mineralizace vzorků (instrumentace).
4. Atomová emisní spektrometrie s plazmovými budicími zdroji: princip metody, definice plazmatu, vznik plazmatu, fyzikální vlastnosti plazmatu; plazmové budicí zdroje (stejnosměrně vázané plazma, mikrovlnně indukované plazma, indukčně vázané 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-ICP-AES). Aplikace FIA. ICP-AES: plazmová hlavice (konstrukce, funkce); radiofrekvenční generátor (princip, požadavky, konstrukční uspořádání); optické uspořádání (disperzní prvek, požadavky na rozlišovací schopnost monochromátoru, Echelle monochromátor, pomocné optické prvky, sekvenční a simultánní uspořádání emisních spektrometrů – výhody, nevýhody); detekce záření; zpracování analytického signálu; nastavování vlnové délky; korekce pozadí; kalibrace; počítačové řízení přístroje a zpracování naměřených dat; Interference (spektrální vs. nespektrální interference, možnosti eliminace); metrologické problémy ICP-AES (eliminace šumu, driftu signálu; dosažené citlivosti a meze detekce); aplikace.
5. ICP-MS: princip spojení obou metod – instrumentace (konstrukce a funkce interface, vzorkovací oblast plazmatu, plazmová hlavice, rotační a difuzní vývěvy, radiofrekvenční generátor, kvadrupolový hmotnostní analyzátor, zpracování signálu, řízení systému); rozlišovací schopnost, citlivost, příklady spekter vzorků; izotopové zastoupení; metoda izotopového zřeďování; hmotnostní interference.
6. Atomová absorpční spektrometrie: Princip AAS, instrumentace: zdroje záření (Xe-lampa, výbojky s dutou katodou, superlampy, bezelektrodové výbojky, laditelný barvivový laser, deuteriová lampa); disperzní prvky a pomocná optika; atomizace (princip, F-AAS, ETA-AAS, QF-AAS); detekce záření a kompenzace nespecifické absorpce pozadí (fotonásobič vs. CCD; korekce u HR-CS-AAS, Zeemanovská korekce, podle Smithe-Hieftjeho, D2-lampou – principy). F- AAS: zmlžovač – různé typy; výhody a nevýhody použití chemických plamenů k atomizaci; děje při atomizaci v plamenu + koncentrační trubice; FIA ve spojení s F- AAS a QF-AAS. ETA-AAS: princip atomizace, hlavice ETA; typy používaných kyvet (celokovové vs. grafitové kyvety, platforma, sonda), optimalizace teplotního programu; výhody a nevýhody elektrotermické atomizace; dosahované citlivosti a meze detekce ve srovnání s F-AAS a QF-AAS; možnost vícenásobného dávkování; modifikátory matrice; děje při atomizaci v grafitovém atomizátoru. AAS s kontinuálním zdrojem záření a vysokou rozlišovací schopností monochromátoru (HR CS AAS): princip, výhody oproti AAS s čarovými zdroji 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 přístrojových parametrů. Metrologické problémy AAS: Eliminace šumu, driftu signálu. Dosažené citlivosti a meze detekce jednotlivých technik a způsobů atomizace. Analytické aplikace.
7. Atomová fluorescenční spektrometrie: Princip, výtěžek fluorescence, experimentální uspořádání AFS, instrumentace, stanovované prvky, plamenové atomizátory (DF, FIGS), výhody, speciální požadavky, omezení a aplikace.
8. Generování těkavých sloučenin a uplatnění v metodách atomové spektrometrie: Generování těkavých sloučenin (metody, reakce; optimální podmínky pro uvolňování – separátory plyn/kapalina; transport těkavých sloučenin) Atomizace těkavých sloučenin (mechanismus; vyhřívané křemenné trubice, plamínek v křemenné trubici, grafitové atomizátory, DBD a jiná plazmata) Interference při stanovení hydridotvorných prvků (v kapalné fázi nebo plynné fázi). Aplikace generování hydridů na různé vzorky v AAS, AFS, ICP-AES a ICP-MS. Technika studených par pro stanovení rtuti.
9. Srovnání citlivostí a dosažitelných mezí detekcí jednotlivých atomových spektrálních metod a porovnání s jinými instrumentálními analytickými metodami včetně ekonomického aspektu. Rozvoj jednotlivých metod. Počty aplikačních publikací využívajících jednotlivé metody. Použití atomových spektrálních metod v praxi a srovnání s jinými instrumentálními metodami.
10. Použití přístrojů pro atomovou spektrometrii jako vysoce selektivních detektorů pro separační techniky (spojovací články; účinnost převodu analytu; post-(HPLC) vs. pre-(cryotrapping) kolonová derivatizace). Speciační analýza, extrakce analytů bez ztráty speciační informace. Specifika speciační analýzy. Použití referenčních materiálů.
Anotace
Po dobu, kdy nesmí probíhat prezenční výuka, je předmět vyučován interaktivním způsobem v on-line režimu pomocí Google Class Room (https://classroom.google.com/c/MTc5NTcyNzA0NzU3), kde jsou ke každému tématu zveřejňovány materiály a na každou přednášku v Google Meet zvlášť bývá uveden odkaz.
V přednášce jsou podrobně probrány nejpoužívanější metody atomové spektrometrie: atomová absorpční spektrometrie (AAS), atomová fluorescenční spektrometrie (AFS), atomová emisní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem (ICP-AES), hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem (ICP-MS). U každé metody je probrána instrumentace, způsoby zavádění vzorku, metrologické a metodologické problémy, interferenční vlivy a analytické aplikace. Dále je pozornost věnována derivatizaci analytu (převod na těkavou sloučeninu) a prvkové speciační analýze včetně zvýšených nároků takových stanovení. Obvykle dosahované meze detekce, citlivosti a rozsahy koncentrací všech metod atomové spektrometrie jsou nakonec vzájemně porovnány.