426306 ceramic characterizationeng.sut.ac.th/ceramic/old/course_link/47.pdf · ceram....
TRANSCRIPT
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 1AAS,AES,ICP
426306 Ceramic Characterization
Part: Atomic Absorption Spectroscopy (AAS), Atomic Emission Spectroscopy (AES),
Inductively Coupled Plasma Spectroscopy (ICPs)(2 hrs.)
Asst. Prof. Dr. Sirirat T. RattanachanSchool of Ceramic Engineering
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 2AAS,AES,ICP
Contents
• Introduction: terms and definition
• Theory of Atomic Spectroscopy
• AAS, AES, ICP (Instrument, analytical techniques, calibration, sample preparation, interference effect, Background correction, advantages and comparison.
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 3AAS,AES,ICP
References• 1. ���� ���� �����, ��������������������ก���� ������� Atomic Absorption Spectroscopy,
���� !���� "����"����#������ ����$%�� ���%�� �&'�%�ก(���������%#� 2535 �%����� 2(2) ���� 100-103• 2. 0��ก�� ���&12#���, Advanced ICPs and AAS, ���� !���� "����"����#������ ����$%�� ���%��
�&'�%�ก(���������%#� 2535 �%����� 2(2) ���� 150-161• 3. ������ ����(�, ก��%"�ก�0� Flame Furnace �"� Plasma ��ก���� ���1���(4��&, Journal of
Strec. 1992, Vol. 2(1), ���� 17-23• 4. John P. Sibilia, A guide to Materials Characterization and Chemical
Analysis• 5. 7 . ��% � ���#�� #��� �, ������ก$�89��10#� $%����00#���1ก����ก1:, 2535, �&'�%�ก(���������%#� • 6. W.T. Elwell and J.A.F.Gidley, Atomic-Absorption Spectrophotometry
V.6, 2nd edition, Pergamon Press, Oxford, 1966• 7. Douglas A. Skoog and Donald M. West, Analytical chemistry and An
Introduction, 2nd edition, Holt, Rinehart and Winston, Inc., 1974.• 8. Juanramirez-Munoz, Atomic-Absorption Spectroscopy and Analysis by
Atomic-Absorption Flame Photometry, Elsevier Publishing Company; Amsterdam-London-New York, 1968
• 9. Paul Delahay, Emission Spectroscopy, Instrumental Analysis, New York-The Macmillan Company.
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 4AAS,AES,ICP
���������� ���� AAS,AES,ICPs
• ������ �� ก����� ��������� ������������� !"�#$�%����� �&'�()*������&��� �����
• ������ �� �+�%�" �����+������ ���)�,� �+�'�( ��� ��-�
• �+ ,�%�".,��%�ก����� ������+� �,�-���ก�#ก
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 5AAS,AES,ICP
Table of the elements
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 6AAS,AES,ICP
General terms
• Atomic absorption spectrometry (AAS)= ���+ก����� ������������&�����+��+�����&�"�/ �!�%�"�*#กก��ก��!-!ก*��(*#������������
• Atomic emission spectrometry (AES) = ���+ก����� ������������+��+�����&�"�/ �!�%�"�*#กก���#! ,�ก���*!�*,�(*#��������������������� !"�#0ก��ก����"�!"��(*#���� ����"����(*#���� 112�
• Inductively Coupled Plasma (ICP) = ���+ก����� ������������&�����"�/ �!�%�" radiofrequency (RF) plasma %�"(*#�����-� 0.5-3.0 kW )*� ����+� 15-50 MHz �(��%�"����)�*,�ก����"�%�"�ก�!������������ !"�,�� )*�%�"�&�'-���-�
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 7AAS,AES,ICP
General terms (cont.)
• Detection limit (DL): �����&������!�+����������ก�����.�0 !"!"��ก����� ������#$�/ �������� ,��+�%�"%�ก�����+�0��+�0 ���������%�ก�����.�#!��+�0ก#0� ���������
• Accuracy: ���)�ก�,������,�� ,��+� !".�กก���#!)*� ,������&.��� ��� ����-ก�"��9*ก����� �����
• Precision: ,� relative standard deviation �������ก����� �����!"���'����!���$��/�*��/ �#$� ��� ���)�,����
• Sensitivity:9*������&��� ����"�"��+���*+���)�*��(+���*:ก�"��+9*�, �&��0#�����/ ��ก�"��(+��%! ���ก�����.�#!����+��+ ����"�"��"�/ !"!+
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 8AAS,AES,ICP
Electromagnetic radiation
• Electromagnetic radiation ���ก0!"��������+��+(*#�����+�)�ก�,��ก#� ��������ก0!"�� an oscillating electric field component, E ��� an oscillating magnetic field component, M ��������� ���ก����������������ก����ก����ก� ������������������กก����������ก !�"�����#��$% ��&'(� &���� �"��$% �� !�"������%����ก ��� ��#��ก ������(���!"�!(�)�� ��������(� %* s-1 � "� Hertz
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 9AAS,AES,ICP
• ������+��+ก��� *����+�!"�� �����:�v .��+��������+����%�" �0�0ก���#�� �����+�ก�,� ������ *��� λ �ก��)9,�#��+)�,��*:ก 112�
v = λν = ������ *��� x ����+� • �����.�ก������+ ����+��+�)�ก�,��ก#� .�����%�" ������ *����+�
)�ก�,��ก#�!"�������+�กก��)9,�#��+� *���)�,��*:ก 112��+��+ ����+�)*� ������ *����+��,��ก#��,� electromagnetic spectrum
• (*#���������������/ E �$��-,ก#0 ����+��ก���#�� E = h ν = hv / λ
where h is Planck's constant (6.62618x10-34 J·s).
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 10AAS,AES,ICP
Spectral regions of the electromagnetic spectrum
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 11AAS,AES,ICP
Atomic Absorption Spectroscopy
AAS
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 12AAS,AES,ICP
�����ก)0���(�#�����ก�����ก�; (Atomic Absorption Spectroscopy, AAS)
��������:• %�"��� ��������� !"�#$�%����� �&'�()*������&��� ����� !"��� 67 ����
• %�" ���)�,����!+ (accuracy): 1-5% and 5-10% of the amount present for flame and flameless, respectively.
• �+�'�( ��-� (Sensitivity): 0.1-5 ppm for most metals (flame), 1-20 ppb for over 30 elements (flameless)
• ,�%�".,�� �,�-���ก
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 13AAS,AES,ICP
�*#กก���*#กก��• ก���ก�!������� (atomization) �!����)�ก.�ก���*ก�* .�ก
����.�ก������ก0���ก �!�%�"(*#���� ����"�.�ก��*� 1,arc, spark
MX ����"�.�ก��*� 1����� � 112� Mo (g) + Xo (g)�������
��� Mo(g) �-,%��-��������%�������+�����ก@���-,%���*� 1 �"�9,�� *����A(������ M .�ก)�*,��)���"� � ��� Mo(g) �����-,�+��'���(�$� (ground state) .�!-!ก*�� *���)���#$� ����"�0���,��� *���)��.��-ก!-!ก*�� � �#$��+$�$�ก#0 ����"������ M %�����#��#$� ���.��#! ����"�� *���)���+�9,��ก��.�ก����#��,��
Mo(g) �+� ground state hν Mo(g) �+��'�����"�
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 14AAS,AES,ICP
Atomic Energy Levels
�+�����-�: http://www.chem.vt.edu/chem-ed/quantum/at-lvls.html
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 15AAS,AES,ICP
• �����.�ก����)�,*����!.��+��!#0(*#�����+��,��ก#� .���+ก��!-!ก*��(*#�����,��ก#�!"�� ��,�
Na !-!ก*��)���+� ������ *��� 589 nm
()���+� ������ *����+$.��+(*#����(!+�+����%�"��� Na �ก�!ก����*+��������.�ก�'���(�$� ��-,�'���ก����"�)
��!#0(*#�������� 11Na23 (1S2, 2S2, 2P6, 3S1)
3s
589 nm330.0 nm
3p 2.2 ev
3.6 ev4p
Ground state (o.o)
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 16AAS,AES,ICP
Spectroscopy
• Spectroscopy is the use of the absorption, emission, or scattering of electromagnetic radiation by matter to qualitatively or quantitatively study the matter or to study physical processes. The matter can be atoms, molecules, atomic or molecular ions, or solids. The interaction of radiation with matter can cause redirection of the radiation and/or transitions between the energy levels of the atoms or molecules.
• Absorption: A transition from a lower level to a higher level with transfer of energy from the radiation field to an absorber, atom, molecule, or solid.
• Emission: A transition from a higher level to a lower level with transfer of energy from the emitter to the radiation field. If no radiation is emitted, the transition from higher to lower energy levels is called nonradiative decay.
• Scattering: Redirection of light due to its interaction with matter. Scattering might or might not occur with a transfer of energy, i.e., the scattered radiation might or might not have a slightly differentwavelength compared to the light incident on the sample.
http://www.chem.vt.edu/chem-ed/spec/spectros.html
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 17AAS,AES,ICP
ก����*+������������ �.�ก�! !" 3 )00
E0
Ej Atomic Absorption Spectroscopy��*:ก����*+�����!#0(*#����.�ก�����(�$� ��#������ก����"�)�ก�!�ก��!-!ก*��(*#����.�ก�1��Absorption of radiation νjo = (Ej – Eo)/h
Ei
EjAtomic Emission Spectroscopy ������*: ��� !"�#0(*#����.�ก ����"� ���%�"��*: �����*+�����!#0(*#���� ��#������ก����"�)�ก )*"��*,�(*#����ก�� ����ก*#0 ��-,�����(�$�.�%�"�1��ก��Emission of radiation νji = (Ej – Ei)/h
Absorption Of radiation
Ei
EjAtomic Fluorescence Spectroscopy������*: ��� !"�#0(*#����.�ก�1���+���.�ก���ก��#� ���%�"��*+�����!#0(*#���� ��#������ก����"� ����ก*#0�-,�����(�$�.�%�"�1��ก��Emission of radiation νji = (Ej – Ei)/h
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 18AAS,AES,ICP
http://www.andor.com/chemistry/?app=91
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 19AAS,AES,ICP
Absorption
• �#���%!/������!-!ก*�� *���)�,��*:ก 112� !" ก��!-!ก*�� *���)�,��*:ก 112�.����%�"���-*�+�!-!ก*����������-กก����"� ��#������ก����"��+��-�ก�,� !" ก��ก����"�.��$��-,ก#0 ������ *����)���+���ก����"� �����#ก�-,%��,�� *��� UV-ViSible
• � ���� AAS ����ก��%�"���ก��#�ก��!-!ก*������ ���*ก�* �(��D�กE����� �&'�()*������&
• ก���#! ����"�"�����-*�+��-ก!-!ก*��.�%�"�*#กก��� Beer-Lambert Law.
http://www.chem.vt.edu/chem-ed/spec/absorption.html
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 20AAS,AES,ICP
�#���������Fก��!-!ก*��)���������� ,��+�)�!��,�����#$�!-!ก*��)�� !"��ก�"��(+��%! ,��+$.��$�ก#0������������)*� ������ *����)���+��-ก!-!ก*�� �!�.��+ ,��-���!�+��!���"����ก��#�!-!ก*�� )*��+ ,�*!*�����D-����+��;ก���"����ก��#�!-!ก*�� �"�(�.��&� ก��)�ก�#��������)*"�ก*������ ���ก��)�ก�#����� �!"��(*#����ก����"�!"�� ����"� (�.��&��+� Thermal equilibrium .��������%����������� )�!� !"�!���ก��
Ni = C gi exp (-Ei/kT)
���� Ni = .��������%�)�,*������ C = ,� ��+� �+� �,�$�ก#0��!#0(*#���� EiT = �&�'-����0-�&� k = Boltzmann constantgi = ,��$����#ก���%��������� (Statistic weight)
ทฤษฎีเบื้องตน
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 21AAS,AES,ICP
• ถาจํานวนอะตอมที่อยูในสถานะกระตุน เปน Nj ที่เกิดขึ้นเปนปฎภิาคกับจํานวนอะตอมที่อยูทีส่ถานะพื้น ตอหนวยปริมาณ (N0) ซึ่ง Boltzmann ไดแสดงใหเห็นถึงความสัมพันธของ Nj และ No ดังสมการ
Nj/No = Gj/Go exp (-∆E/kT)• Nj, No = จํานวนอะตอมของธาตุที่อยูในสถานะกระตุนและสถานะพื้น • Gj, Go = statistic weight ของสถานะกระตุนและสถานะพื้น ซึ่งบอกถึง
จํานวนสถานะของอิเลคตรอนที่มีพลังงานเทากันของแตละระดับควอนตัม∆ E = Ej – Eo = ระดับพลังงานที่ตางกันระหวางสถานะกระตุนกับสถานะ
พื้น k = Boltzmann constant = 1.38 x 10-16 erg./deg.
ดังนั้น Nj/ No มีคามาก เมื่อ T ……. และ ∆E ……Nj/ No มีคานอย เมื่อ T ……. และ ∆E ……
ธาตุแตละธาตุจะมีความสมัพันธของ Nj/No ที่อุณหภูมิตางๆกัน
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 22AAS,AES,ICP
• Atomic absorption คือการดดูกลืนแสงโดยอะตอมจากสถานะพื้น สูสถานะกระตุน ( E0 � Ej) ตามกฎของ Beer-Lambert ซึ่งกลาววาเมื่อความยาวคลื่นของแสงมีคาคงที่ ปริมาณของแสงที่ถูกดดูกลืนจะมีความสัมพันธแบบเอกซโพเนนเซียสกับระยะทางที่แสงเคลื่อนทีผ่านอะตอมและความเขมขนของอะตอมภายในเซลลที่ใชบรรจุอะตอมดังสมการ
• A = log (I0/I) = kν Lc log e• I = I0 exp (-kν Lc)
A = AbsorbanceI0 = ความเขมของแสงที่เขามา I = ความเขมของแสงที่ผานเปลวไฟออกไปkν = คาสัมประสิทธิการดูดกลืนแสง L = ระยะทางที่แสงผานเปลวไฟ หรือบริเวณที่มีการแตกตัวของอะตอม หรืออิออน c = ความเขมขนของอะตอม
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 23AAS,AES,ICP
• จากความสัมพันธนี้ สามารถหาเปนความสัมพันธของ Absorbance กับความเขมขนของสารตัวอยาง
• Io/I = exp kν Lc• ln Io/ I = kνLc• log (Io/I) = (kν/2.303) x Lc• เมื่อ kν/2.303 = K • log (Io/I) = K Lc• หรือ A = log (Io/I) = K Lc เมื่อ A= absorbance• แตความเขมขนของอะตอมจะเปนสดัสวนโดยตรงกับความเขมขนของ
ธาตุทีต่องการวิเคราะห โดยมีความสัมพันธดงันี้ • c = aC• เมื่อ a = สัมประสทิธิ์การเกิดเปนอะตอมอิสระ • C = ความเขมขนของธาตุทีต่องการวิเคราะห• ดังนั้น ln Io/ I α Total absorption• Total absorption = integral ของ kν ตลอด spectral range ของ
absorption lines•
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 24AAS,AES,ICP
• �#��#=� Total absorption >?=���!�ก#8�@����������������"=� $�� Nj �� ��������"������8ก#8 No �#��#=� No �?�$17#���ก#8�@���������#=���� $%1���(>��4��&�������ก�������%%�� $% ����>��>��>����%%�� Log Io / I α No �"� Absorbance α ����>��>��>����%%��
• �#��#=�2�����%A��ก�B����� log Io/I �"� Absorbance ก#8 No �"� ����>��>��>����%%�� �C�������� (����DEF�) $�����%��ก(�C������� �� ��"�����ก��ก�7���%���"��G �ก��>?=�
9?�� ����#��#�4������ก����7���$%$�89��$8�9� "� A = log (1/T)����#��C1����$��� ��ก����7�����!1�1���9H��� �0��#II�(%#กE(� "� %T = T x 100
A = log (100/%T)= log 100- log %TA = 2 – log %T
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 25AAS,AES,ICP
AAS
�+�����-� : http://www.chem.vt.edu/chem-ed/spec/atomic/aa.html
1. )�*,�ก�����!)��2. �,���+����%�"����ก*������������+3. ������������ %�"%�ก��)�ก)��%�" !" ������ *����)���+��"�ก��4. !+�� ����5. � ���������*9*)*�,��9*
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 26AAS,AES,ICP
Hollow Cathod Lamps (HCLs)
http://www.chem.vt.edu/chem-ed/optics/sources/lamps.html#hollow-cathode
ประกอบดวยขั้วแคโทด ซึ่งเปนโลหะทําเปนรูปทรงกระบอกกลวงหรือรูปถวยแลวฉาบดวยโลหะที่ตองการใหถกูกระตุน เพื่อใหไดสเปกตรัมที่มี Resonance lines สวนขั้วแอโนดทําดวยโลหะนิกเกิลหรือทังสเตนเปนแทงเล็กๆ ภายในหลอดแกวบรรจุดวยแกสนีออนหรืออารกอนที่มีความดันประมาณ 4-10 torr. และใหกระแสไฟฟาอยูในชวง 3-30 mA ซึ่งขึ้นอยูกับชนิดของธาตุ
เมื่อใหแรงดันไฟฟาในชวง 300-600 V จะทาํใหแกสเฉื่อยที่บรรจุอยูเกิดการแตกตัวเปนไอออนบวก ซึ่งจะวิ่งไปชนกับธาตุทีฉ่าบที่แคโทด ทําใหอะตอมของธาตุนั้นๆ ถูกกระตุนและเปลงแสงออกมาเปนสเปกตรัมของธาตนุั้นๆ
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 27AAS,AES,ICP
Electrodeless Discharge Lamps (EDLs)
• Discharge lamps 1ก�8����$กH�������"�$กA��K"��� ��"�����ก$�CBBL��>��C1��@�������%H ����ก��ก�0�ก#8����>��$กA� �@����ก�&��������%���#=�C1�!��2������!�ก��� $%��"��ก%#8�!������������ก�1%�1%���$����ก�� 9?������ ����>��$����ก���!�ก��� HCL��ก
• Common discharge lamps and their wavelength ranges are:hydrogen or deuterium : 160 - 360 nmmercury : 253.7 nm, and weaker lines in the near-uvand visibleNe, Ar, Kr, Xe discharge lamps : many sharp lines throughout the near-uv to near-IRxenon arc : 300 - 1300 nm
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 28AAS,AES,ICP
�,���+����%�"����ก*������������+ (Atomizer)
• ����-ก�"��ก����� ������ก�!.�ก�����&�������+������+��ก�!�$�
• Flame atomization: ����ก��0��ก�����%�"�ก�!��������!�%�"��*� 1 ����#��,��.��"��������*�*���+��"�ก#� !"�������$�!+��ก#� �,�+���)��*��-, !")ก,��*� 1 Ar-H2,
Air-H2, Air-C2H2 (%�"ก#���ก)*���� ��������� !"��ก��� 30 ����), N2O-C2H2 (������*� 1�+��"���ก %�"%�ก����� ����� Al, V, Si, Ti ����#$�(�ก rare earth
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 29AAS,AES,ICP
ก��0��ก�� Flame atomizationNebulization ก��0��ก����*+������*�%�"����*���*:ก/
Droplet precipitation ����ก��0��ก���+�*���*:ก/����*�*�����ก#�������!���$� �(��%�"ก������,�$����$�
Mixing ก��0��ก���+�*���*:ก/�ก�!ก��9��ก#0)ก@����$�(*��)*�ก��)!���%� spray chamber
Desolvation ก��0��ก���+��#����*�*���-กก��.#!ก � ���%�"�ก�!������'� �*:ก/ �������ก0 �ก�!�$��+���*,�����*� 1
Compound decomposition �ก�!�$�%���*� 1 �!��+�(*#���� ����"����%�"������ก0�ก�!ก��)�ก�#�����ก �!� �������*ก�* )*�����������+
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 30AAS,AES,ICP
Atomic Absorption Spectroscopy (Flame-AAS)
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 31AAS,AES,ICP
Furnace atomization
• �+�'�( ��� ��+�!+ก�,���*� 1
• %�"����#��,�������&�"� 1-100µl
• ก�����+������#��,����� !"�,��/ ��������� ������):� !" *!ก���-G��+�)*�ก������HI������#��,��
• *!�JG���ก+���ก#0�#GG�&�0ก��.�ก��*� 1
• ��������� ������#��,���+��+ ������! ����ก�!����0���ก !"
• �,��*!�JG�������ก�����+������#��,��)*��������K��%�"�����ก#�
• ก����� �������� !"��:�
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 32AAS,AES,ICP
Furnace atomizationDrying stage ����#��,�� ,�/�-ก%�" ����"� �(��������#����*�*��%�"ก � �&�'-������ก�,� 100 �D�
Ashing stage %�" ����"��+��-��$� �.��� 1500 °C �(��ก��.#!�������+��)*���������+�� �!����*ก�*������*,��+$.�)�ก�*��ก��*�)�,��������+���+����+����,��#$� �!��#�� ��-,%��-�ก �!�
Atomization stage ����+���*�.��-ก�9��+��&�'-���-� �.��� 3000°C �(��%�"�*������������+�ก�!�$�%��,�����+�)��9,�� )*��������#!�#GG�&�ก��!-!ก*��)�� !" ����-��(+��+� !".������L�'� ก#0�����&�����%�����#��,���#$�
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 33AAS,AES,ICP
Graphite furnace
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 34AAS,AES,ICP
AAS
http://www.chem.vt.edu/chem-ed/spec/atomic/aa.html
Flame Atomic Absorption Spectroscopy
Graphite furnace AAS
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 35AAS,AES,ICP
���+�0��+�0�� �� ก����� �����!"�� Flame-AA ก#0 Graphite furnace AA
30-40 ����
�-�
2-5%RSD
ppb-103 ppm�,��
�,��
1�#��,��/���+
�-�
3000°C
90%
Peak�-�ก�,�
��กก�,�
��กก�,� 67 ����
�-�
1% RSD
ppb-%��,���ก
��,���ก
15 �#��,��/���+
��ก��
3000°C (N2O/C2H2)
10%
Plateau
����ก�,�
�"�ก�,�
1. ���������%�ก����� �����
2. ����-ก�"�
3. ���)�,�
4. �,�� ����"�"��+�%�"��� �����
5. ก�����+������#��,��
6. ���+ก����� �����
7. �����!��:�%�ก����� �����
8. ��������G�9-"%�"
9. �&�'-���-���!
10. ��������'�(�ก�� atomization
11. *#กE&���#GG�&�+��#!
12. �'�( ��� �
13. Matrix effect
GFAFA"���+�0��+�0
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 36AAS,AES,ICP
#$���ก����� �����!"���� �� AAS
• ���+������#��,��%�"�-,%��-����*�*���+��������
• ���0�,�.���� ������(����� � �*�ก���+ก��%�"������� �#$�%����� �&'�()*������&
• �*�ก HCL ������+�.����ก����� �����)*��*�กก��)� 112��+�%�"
• .#!� ����%�"�+�'�(�+��������ก#0�� �� �+�%�" ��,���#0ก�� �*����ก��)!��� �ก�D ���$�(*��
• .#! ���ก�"����,�)���"�ก.�ก����� �������%�"�������
• �*�ก���)ก��ก���#!9* ก�� ����& ก��������9*
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 37AAS,AES,ICP
ก����� �&'�(��� �����!"�� AAS
• �#ก �, ,�����%�" �(�����+���*� �,��!�ก �����.�ก�"���*+��� HCL )*��"��)ก� ������ *���!"�� ���ก0ก#0��+� ,�%�".,���-� )�,�"������ก.����0�,�����#��,�������+����0�����!�-,��� �, ������������ !"�!��*�ก�,��ก����� �����������#$�/
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 38AAS,AES,ICP
ก����������&��� �����!"�� AAS
• Calibration method %�"%�ก�&+�+�����#��,�� �, ,��+ก���0ก��)*��.�.�� ��� !"�!�ก����+�0ก#0��������K���+����0 ����"�"��+�)�,��
�+���: http://www.chem.vt.edu/chem-ed/data/wcurve.html
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 39AAS,AES,ICP
�����&��� ������!� Factor method• ��� !"�,������ calibration curve ������"����• ,� Ax �������& 2 ��,�� Ay
• Vs ���"�ก�,� Vz ��ก/ �(�� �,%�"�ก�!ก���.�.�������#��,����ก�ก�� �• ����"�"����������K��.��"���กก�,� ����"�"������#��,����ก/
����#��,��,Cu
X �+�����& Vz Y �+�����& Vz
X+�������K�� Cs (�����& Vs) Y + �#����*�*�������& Vs
�#! absorbance = Ax�#! absorbance = Ay
����"�"������#��,������ Cu =
( ) zyx
ssy
VAA
CVA
−
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 40AAS,AES,ICP
Matrix effect
�+�����-�: http://www.chem.vt.edu/chem-ed/spec/beerslaw.html
%�ก���#! ����"�"������#$� %�0�� �#$�.��+ก���0ก��9*ก���#!�+��ก�!�$� �-�0� ����ก���#!ก��!-!ก*��)��.�ก�#����*�*���(+���,���!+�� ���� PS � ����"��)��.�ก)�*,�ก�����! )*� Po � ����"��)���+�9,���#����*�*��)*��*!)ก"� �-�*,�� ����ก���#!ก��!-!ก*���)��.�ก�#��,�� (����+��"�ก���#!) �������ก0!"������+�����"�ก�����0 ����"�"� �#����*�*��)*��*!)ก"� !#��#$� P � ����"��)���+�9,������#��,���#���� !#��#$�%�ก�����+���#��,��.��.�������"����+��%�"��������K���+�,�����ก0�����ก#0����#��,���+��"�ก���#!�(��%�"9*ก����� �����ก���-ก�"�
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 41AAS,AES,ICP
Standard addition method
• �(��)ก"�JG��ก���ก�! matrix effect )*� interferences
����#��,��
�,��)0,� �,��)0,� �,��)0,� �,��)0,� �,��)0,�
+ C1 + C2 + C3 + C4 + �#����*�*��
�#! absorbance
Plot ����,�� Absorbance )*� ����"�"���������K���+�����*� � ��� ��� ����"�"������#��,�� !"
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 42AAS,AES,ICP
Internal standard method
• ������������K���+����� �*�����ก#0����+��"�ก����� �����*�%��#��,�� )*� blank �*#�.�ก�#! ,� absorbance
• ��#����,��� absorbance ����,������#��,��)*���������K�� (Au/As)
• �+��ก��1ก#0 ����"�"�������+�.����ก����� ����� .� !" calibration curve
• �� ����"�"�����*�*���#��,���, �• �#ก%�"%�ก�&+�+�����#��,�� �,�+�����+�%�"�����������K�� )*� ���+
��0#�������ก#0����#��,�� ����%�"ก#0� ���� 2 channels
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 43AAS,AES,ICP
Atomic Emission Spectroscopy
AES
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 44AAS,AES,ICP
Atomic emission spectroscopy
�+�����-�: http://www.chem.vt.edu/chem-ed/spec/atomic/aes.html
1. )�*,��ก��ก����"� !")ก,%�"��*� 1 ��� electric discharge 2. ����� �������3. !+�� ����
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 45AAS,AES,ICP
���+ก����� �����!"�� AES
• �������#��,��%�"������� )*"�����#$�.��-กก��ก����"�%�"�ก�!ก����*,�)�� �ก�!�,�����ก#� �
• )���+��+*#กE&��A(��.��-ก��*,�ก���������ก��#� )�กก.�กก#�!"������� ������� ����"��)��.��-ก�#!�!� detector
• ����"��)���+��#! !".���� ����+�0��+�0ก#0 ����"��)��.�ก��������K�� �(���� ����"�"������%�����#��,�� �"�%�"�&�'-���-�%�ก��ก����"�.�%�" ����"��)����ก )�,.��ก�!� ����#���ก!"�� ���%�"���ก��#��+ ����#0�"���ก�$�!"�� �"��+ high resolution
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 46AAS,AES,ICP
�� �� ก����� �����
• ก��ก����"�!"�� DC Arc• ก��ก����"�!"�� AC Arc • ก��ก����"�!"�����ก���������� (spark) • ก��ก����"�!"��(*�����.��+����� 112�ก��)���� (Direct current plasma jet, DCP)
• (*���� �ก@��9���+����ก0!"����'� �,��/ !")ก,��*: ������� ���+��+���.�0�ก ���)*����*ก�*�ก@�� ��'� ��*,��+$�ก�!.�กก���9�ก@��%�"�ก�!ก��)�ก�#����9,�����ก�� 112��"� �%�ก@�� �(��%�"�ก�! ����#�0���,�����%�"�ก�!�&�'-���-���ก
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 47AAS,AES,ICP
Inductively Coupled Plasma Spectroscopy
ICPs
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 48AAS,AES,ICP
ICPs
• 9*��(*�����!� �,�"��+#$� 112�• RF generator: 27-40 MHz• ���%�" Ar �ก�!ก�� ����#� !"�!�ก���ก�!����� ����*,�
���.� 112�.�ก���*� ����)�,��*:ก�+��*�� 0.���,�%�"��*: ��� � *����+� !"��:��$� ���ก0ก#0�*!��)!������"��+�����!*�! ���%�"��*: ����+(*#������ก�$� ��+�ก�,� inductive coupling
• ��*: ����+��+(*#�����-�.���ก#0���� Ar �, � ���%�"�ก�!��*: �����ก�$� ก*������(*����
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 49AAS,AES,ICP
�,�����ก0�� ���� ICPs
1. Nebulizer, spray chamber และแกซอารกอน2. ICP torch3. Radiofrequency generator4. Spectrometry5. Microprocessor and computer
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 50AAS,AES,ICP
Inductively Coupled Plasma
http://www.chem.vt.edu/chem-ed/spec/atomic/emission/icp.html
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 51AAS,AES,ICP
ICP-Mass spectroscopy
http: ewr.cee.vt.edu
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 52AAS,AES,ICP
ICPs
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 53AAS,AES,ICP
ก����� �����!"���� �� ICPs• ��������#������$%�����M�� ��%���@�C1��� �����"����0���>�� ����>��>�����
������
• ก��@���%%���>���!�� "���
• �%"�ก ������ %"�� calibrate � "��� ก��#� ����>��>������00#�
• ������ %"�����%"�ก�0� ��������ก#8 ����>��>��>��4��&������� ��� 2������ ����>��>����@�G ��%"�ก ������ %"������������C��!��&�
• �%"�ก spectrum line ������7%������&� $%�0��@��#8���#������$%�����M��
• ������ %"������%"�ก�0� �C���� spectral interference ��ก�#ก
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 54AAS,AES,ICP
Mass spectroscopy
• Introduction
• Mass spectrometers use the difference in mass-to-charge ratio (m/e) of ionized atoms or molecules to separate them from each other. Mass spectrometry is therefore useful for quantitation of atoms or molecules and also for determining chemical and structural information about molecules. Molecules have distinctive fragmentation patterns that provide structural information to identify structural components.
• The general operation of a mass spectrometer is:• create gas-phase ions • separate the ions in space or time based on their mass-to-charge ratio • measure the quantity of ions of each mass-to-charge ratio • The ion separation power of a mass spectrometer is described by the
resolution, which is defined as:R = m / m,where m is the ion mass and m is the difference in mass between two resolvable peaks in a mass spectrum. E.g., a mass spectrometer with a resolution of 1000 can resolve an ion with a m/e of 100.0 from an ion with an m/e of 100.1.
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 55AAS,AES,ICP
Terms for the analytical technique and spectral radiation
• Characteristic radiation: Radiation which is specifically emitted or absorbed by free atoms of the given element.
• Resonance line: the emission of an atomic line is the result of a transition of an atom from a state of excitation is the ground state, the line is called the resonance line.
• Hollow cathode lamp: A discharge lamp with a hollow cathode used in atomic spectrometry to produce characteristic radiation of the elements to be studied. The cathode is usually cylindrical and made from the analyst element or contains some of it.
• Electrodeless discharge lamp (EDL): This is a tube which contains the element to be measured in a readily vaporized form.A discharge is produced in the vapor by microwave or radio frequency induction. The lamp emits very intensive characteristic radiation of the analyst.
• Plasma: Partly ionized gas (ex. Argon) which contains particles of various types (electrons, atoms, ions and molecules) maintained by an external field.
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 56AAS,AES,ICP
• Self-absorption: the radiation emitted by the atoms of a given element is absorbed by the atoms of the same element in a spectral source.
• Matrix: The chemical environment of the element to be determined.
• Matrix effect: An interference caused by the difference between the sample and the standards.
• Sample solution: A solution made up from the test portion of the sample for the analysis.
Terms for the analytical technique and spectral radiation
Ceram. Characterization:Asst. Prof. Dr. S. T. Rattanachan 57AAS,AES,ICP
• Standard: A solution containing a known concentration of the analyze in the solvent and other major constituents in proportions similar to those in the sample.
• Blank: A blank test solution containing all the chemicals in the same concentrations as required for the preparation of the sample solutions, except the analyze.
• Interferences: ก���0ก��.�ก�J..#�'���ก�+��+9*���%�" ,��+��#!ก�� !"��กก�,�����"�ก�,� �������.��� ���%�"�ก�!ก��9�!(*�!.�ก9*ก���#! ��,� physical effects, Chemical effects, spectral interference, Background absorption
Terms for the analytical technique and spectral radiation