Atomaire emissie spectrometrie en
concept plasma
J.M. Mermet
Laboratory of Analytical Sciences University of Lyon
Principe van atomaire emissie
spectrometrie
AES is gebaseerd op de productie en detectie van lijnspectra geëmitteerd door electronen die een overgang ondergaan tussen een hoger
(geëxciteerd) en lager of grondtoestand
Deze electronen horen bij de buitenschillen van atomen en worden optische electronen genoemd.
Golflengte bereik
Golflengte eenheid: nanometer = 10-9 m. zichtbaar: 380-780 nm
uv: < 380 nm
ideaal bereik: 160-770 nm trends: 120-770 nm
Verschillende spectrale bereiken in
ICP-AES
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 100 200 300 400 500 600 700 800 120 - 770 nm 160 - 770 nm 190 - 460 nm Cl 134 Al 167 Mg 280 Ca 393 Ba 455 Na 589 K 770 Golflengte (nm)Lijn intensiteit.
De lijn intensiteit is gelijk:
* aan het energie verschil tussen het hoog niveau, E2, en het lager niveau, E1, van de overgang,
* naar de populatie van de electronen, n2, van het hoog niveau,
* aan het nummer van mogelijke overgangen, A, tussen E2 en E1, per tijds eenheid.
Definitie van een plasma
Plasma is een neutraal gas van geladen
deeltjes die een collectief gedrag vertonen.
Practisch, elk geïoniseerd gas kan als een plasma beschouwd worden.
Aanwezigheid van vrije electronen
Rol van een plasma
Het plasma fungeert als een energie reservoir om het monster te atomiseren, te exciteren en te ioniseren. Rol van de ionisatie energie van het plasma gas.
Eisen: een hoge kinetische temperatuur (> 5000 K) en een lange verblijfstijd.
Productie van een plasma
Energie overdracht van een elektrisch veld naar vrije electronen:
* HF veld: ICP (Solid State 40 MHz P.E.) * microwave veld: MIP
Noodzaak van een generator:
* hogere kosten
* controle van de energie en de eigenschappen van het plasma (power, frequentie)
Plasma gas
Edel gas (Ar, He)
atoom spectra
Geen stabiele verbindingen Hoge ionisatie energie
Ar is een goed compromis tussen kosten,
gemakkelijke uitvoering en ionisatie energie.
Moleculair gas (N2, H2, lucht,..)
lage kosten
chemische reactiviteit moleculaire spectra
hoge thermische geleidbaarheid dissociatie van water
Temperaturen van vlammen en plasmas
brandstof oxidant Temp. in K
propaan lucht 2200 acetyleen lucht 2500 waterstof lucht 2300 acetyleen zuurstof 3300 acetyleen distikstofoxide 3300 plasma HF >5000
Argon viscositeit
Vanwege een toename in electronen dichtheid, neemt de viscositeit van argon toe met de temperatuur.
300 K: 2 10-5 kg/m/s 6000 K: 20 10-5
Argon viscositeit
0 0.00005 0.0001 0.00015 0.0002 0.00025 0.0003 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Temperature (K) V is c o s ity (k g /(m .s )Thermische conductiviteit van
enkele gassen
0.01 0.1 1 10 100 1000 3000 5000 7000 9000 11000 Temperature (K) J /(m .s .K ) Air Ar H2 He N2 O2Probleem van monster injectie
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ +
+
Vanwege het
elektrisch
veld en de
hoge viscositeit,
zal het plasma
elk vreemd
gas/deeltje
wegsturen.
Voordelen van gebruik van een hf veld
HF T em peratu ur V iscositeitzone van een lagere viscositeit
(centraal kanaal) hf veld gekoppeld aan de buitenrand van het plasma (skin effect)
HF kT VA (27,40 MHz) ion lijnen atoom lijnen atomisatie monster Ar
