Jiskrová spektrometrie

Optická emisní spektrometrie (OES) neboli jiskrová spektrometrie je analytická technika využívaná k chemické analýze a identifikaci prvků na základě emisního spektra atomů nebo iontů vzorku. Je široce používaná v průmyslové analytické chemii, metalurgii, geologii, ale také v environmentálních a biologických vědách. OES poskytuje přesné a rychlé výsledky, díky čemuž je oblíbenou metodou pro analýzu kovů, slitin a jiných materiálů.

Princip optické emisní spektrometrie

Základním principem OES je excitace atomů nebo iontů ve vzorku, které následně při návratu do nižších energetických stavů emitují světlo (foton) o charakteristické vlnové délce. Každý chemický prvek má specifické emisní spektrum, což umožňuje jeho jednoznačnou identifikaci. Intenzita emitovaného záření je úměrná koncentraci analyzovaného prvku, což umožňuje i kvantitativní analýzu.

Postup analýzy

1. Příprava vzorku: Vzorek může být v pevném, kapalném nebo plynném stavu. Většina pevných vzorků je před analýzou mechanicky nebo chemicky upravena, aby byla zajištěna homogenita.
2. Excitace atomů: Vzorek je vystaven vysoké teplotě (často plazmě, oblouku nebo jiskře), což vede k ionizaci atomů a jejich excitaci na vyšší energetické hladiny. Nejčastěji se používá argonová plazma vytvořená indukčně vázaným plazmovým zdrojem (ICP), což poskytuje vysoké teploty potřebné pro excitaci širokého spektra prvků.
3. Emise záření: Excitované atomy se vrací do svého základního energetického stavu a při tom emitují světlo o charakteristických vlnových délkách. Toto světlo se skládá z jednotlivých emisních čar, jejichž poloha na spektru závisí na druhu prvku.
4. Detekce a zpracování signálu: Světlo emitované atomy je rozloženo pomocí monochromátoru na jednotlivé vlnové délky, což vytvoří spektrum, které je detekováno citlivým detektorem (obvykle fotonásobičem nebo CCD). Získané spektrum je poté analyzováno počítačovým systémem, který určuje zastoupení jednotlivých prvků ve vzorku.

Typy OES

Existují různé varianty optické emisní spektrometrie v závislosti na způsobu excitace vzorku:

1. Indukčně vázaná plazma (ICP-OES): Používá argonovou plazmu, která dosahuje teplot až 10 000 K, což umožňuje analýzu velkého množství prvků včetně nejtěžších kovů. Je vysoce citlivá a přesná.
2. Jiskrová nebo oblouková OES: Používá elektrický výboj k excitaci atomů v pevných vzorcích, což je metoda vhodná pro analýzu kovů a slitin.

Výhody OES:

– Vysoká přesnost a citlivost: OES dokáže detekovat i velmi nízké koncentrace prvků.

– Rychlost analýzy: OES poskytuje výsledky během několika minut, což je ideální pro průmyslové aplikace.

– Široký spektrální rozsah: Tato metoda umožňuje analýzu většiny prvků periodické tabulky.

– Multielementární analýza: V jednom měření lze analyzovat více prvků současně.

Nevýhody:

– Potřeba vysokých teplot: Excitace vzorků vyžaduje vysoké teploty, což může vést k poškození vzorku.

– Matriční efekty: Chemické složení vzorku může ovlivnit intenzitu emisních čar, což může způsobit chyby v kvantitativní analýze, pokud nejsou použity vhodné kalibrační metody.

Aplikace OES

OES se používá v celé řadě oborů. V metalurgii je neocenitelná pro kontrolu kvality kovů a slitin, kde se používá k rychlé analýze prvkového složení při výrobě oceli, hliníku nebo jiných kovových materiálů. V environmentální chemii se OES používá k detekci stopových množství kovů ve vzorcích vody, půdy nebo vzduchu. V geochemii a minerální průzkumné činnosti se využívá pro analýzu hornin a rud.

Závěr

Optická emisní spektrometrie je jednou z nejúčinnějších metod pro rychlou a přesnou analýzu chemického složení vzorků. Její výhody spočívají v rychlosti, schopnosti analyzovat více prvků současně a citlivosti na nízké koncentrace. Přestože má určité nevýhody, jako jsou matriční efekty a nároky na vysoké teploty, její všestrannost zajišťuje široké využití v různých vědeckých a průmyslových aplikacích.