Materiały do ćwiczeń z geochemii ogólnej – mgr Justyna Flis, mgr Jakub Matusik
Metody analityczne:
•
•
•
Analiza wagowa; Analiza miareczkowa
•
•
•
ISE (Ion Selective Electrode) – elektroda jonoselektywna
•
•
•
Kolorymetria + spektrofotometria UV-ViS
•
•
•
AAS (Atomic Absorption Spectroscopy) – absorpcyjna
spektroskopia atomowa
•
•
•
ICP (Inductively Coupled Plasma Spectroscopy) – spektroskopia
emisyjna ze wzbudzeniem plazmowym
•
•
•
LM (Light Microscope) - mikroskop polaryzacyjny
•
•
•
XRD (X-ray diffraction) – dyfraktometria rentgenowska
•
•
•
XRF (X-ray fluorescence) – fluorescencja rentgenowska
•
•
•
FTIR (Fourier Transformed Infrared Spectroscopy) –
spektroskopia absorpcyjna w podczerwieni
•
•
•
DTA/TG (Differential Termal Analysis / Thermogravimetric
analysis) – termiczna analiza róŜnicowa / termograwimetria
•
•
•
SEM/EDS/EBSD/CL (Scanning Electrone Microscopy) –
skanningowa elektronowa mikroskopia
•
•
•
EMP (Electron Microprobe) – mikrosonda elektronowa
•
•
•
TEM (Transmission Electron Microscopy) – transmisyjna
mikroskopia elektronowa
•
•
•
BET – (Brunauer, Emmett, Teller) – pomiar powierzchni
właściwej ciał stałych
•
•
•
GLC – (Gas-Liquid Chromatography) – chromatografia gazowa-
cieczowa + spektroskopia masowa
Opracowanie mgr inŜ. Jakub Matusik
Materiały do ćwiczeń z geochemii ogólnej – mgr Justyna Flis, mgr Jakub Matusik
PRZEGLĄD WYBRANYCH METOD ANALITYCZNYCH
POWSZECHNIE STOSOWANYCH W GEOCHEMII
1) klasyczna analiza chemiczna („na mokro”)
np. miareczkowanie
Metoda ta przez niektórych chemików uwaŜana jest za jedną z najdokładniejszych
w ilościowym oznaczaniu składu chemicznego skał. Polega ona na oznaczaniu zawartości
badanego pierwiastka w skale (sproszkowanej i przeprowadzonej za pomocą kombinacji
odpowiednich kwasów do roztworu) na podstawie ilości dodanego do próbki odczynnika.
Niestety ta czasochłonna metoda nadaje się wyłącznie do analizy pierwiastków głównych
i pobocznych, a jej podstawową i najczęściej dyskwalifikującą wadą jest wymóg bardzo
dokładnego oraz długotrwałego przygotowania próbki do badań.
2) metody instrumentalne:
mikroskopia optyczna polaryzacyjna (LM Light Microscope)
Choć niektórym mikroskopia optyczna polaryzacyjna moŜe się wydawać przestarzała, tak
naprawdę jest to wciąŜ podstawowa metoda analityczna, przynosząca nakładem stosunkowo
nieduŜych kosztów, szereg bardzo wszechstronnych informacji. Dzięki zastosowaniu światła
spolaryzowanego pozwala ona nie tylko na identyfikację składników stałych, opis ich
morfologii i wzajemnego ułoŜenia, ale równieŜ na rozpoznanie pewnych cech: chemicznych
i struktury krystalicznej. Taka wstępna charakterystyka materiału badawczego jest podstawą
planowania dalszych jego analiz tak by były one jak najefektywniejsze i moŜliwie najtańsze.
RTG – dyfrakcja rentgenowska (XRD X-ray diffraction)
Tania i efektywna metoda identyfikacji krystalicznych ciał stałych. Wynikiem tej
analizy są linie rentgenowskie, które (tak jak linie papilarne człowieka) tworzą
odmienną sekwencję dla kaŜdej substancji krystalicznej. Porównując otrzymany
układ z katalogiem moŜna zidentyfikować badane ciało. Wnikliwa analiza linii
rentgenowskich pozwala nawet na uzyskanie tak szczegółowych informacji jak
współrzędne atomów (lub jonów) w strukturze, czy dokładny opis budowy
krystalicznej lub jej zmian powstałych w wyniku eksperymentu.
XRF – fluorescencja rentgenowska (X-ray fluorescence)
Metoda ta pozwala na jakościową i ilościową analizę pierwiastkową ciała stałego, bez
konieczności przeprowadzania go do roztworu. Eliminuje więc wszystkie
wady klasycznej analizy chemicznej „na mokro”. Ze względu na długą
listę rozpoznawanych pierwiastków i szeroki zakres wykrywanych stęŜeń,
metoda ta jest wykorzystywana zarówno do analizy składników głównych
jak i śladowych. Choć fluorescencja rentgenowska jest szczególnie
umiłowana
przez
petrochemików,
którzy
wykorzystują
ją
do
charakteryzowania kompleksów skalnych, znajduje ona takŜe szerokie
zastosowanie w ochronie środowiska przy badaniu skaŜonych gleb i osadów.
Materiały do ćwiczeń z geochemii ogólnej – mgr Justyna Flis, mgr Jakub Matusik
FTIR- spektroskopia absorpcyjna w podczerwieni (Fourier Transform Infrared
Spectroscopy)
Informacja płynąca z tej metody jest do pewnego stopnia połączeniem
wiadomości strukturalnej i pierwiastkowej. Metoda ta pozwala na rozpoznanie
grup atomów tworzących związek chemiczny (np.: grupy SO
4
-2
w siarczanach,
grupy OH, zaadsorbowane cząsteczki wody, połączenia kationów metali z
grupami funkcyjnymi w minerałach, itp.), a w oparciu o katalogi widm takŜe na
identyfikację całych minerałów i związków chemicznych.
BET- pomiar powierzchni właściwej (Brunauer, Emmett, Teller)
Jest to fizyczna metoda, genialna w swej prostocie. Istotą jej jest wykorzystanie kondensacji
gazów na powierzchni ciała stałego do pomiaru jej wielkości. Znając rozmiary i ilość cząstek
gazu zuŜytych do jednowarstwowego pokrycia badanej powierzchni, moŜna wprost wyliczyć
jej wielkość. Znajomość tego parametru jest niezbędna wszędzie tam, gdzie analizuje się
przebieg procesów na kontakcie minerał-roztwór wodny.
mikroskopia elektronowa:
SEM- skaningowa mikroskopia elektronowa (Scanning
Electrone Microscopy)
TEM- transmisyjna mikroskopia elektronowa (Transmission Electron Microscopy)
EMP- mikrosonda elektronowa (Electron Microprobe )
Metody te pozwalają na badanie nawet pod milionowym
powiększeniem dowolnych substancji stałych. Napyloną bardzo cienką
warstwą węgla lub złota próbkę umieszcza się w komorze mikroskopu,
a następnie „bombarduje” strumieniem elektronów emitowanym przez
tzw. działo elektronowe. Najczęściej stosowanym źródłem elektronów
jest rozgrzane włókno wolframowe. By chronić je przed spaleniem
cały proces przeprowadza się w próŜni. Strumień elektronowy w
zaleŜności od rodzaju mikroskopu skanuje (SEM), bądź prześwietla (TEM) próbkę, której
obraz następnie ukazuje się na ekranie. Mikroskop elektronowy moŜe być wyposaŜony w
róŜne dodatkowe detektory chemiczne. Mikrosonda elektronowa pozwala na precyzyjne
punktowe, wykonanie jakościowej i ilościowej analizy pierwiastkowej substancji o wielkości
kilku
µ
m.
spektrometria masowa
Spektrometr masowy jest instrumentem badawczym, który identyfikuje stałe i radioaktywne
izotopy pierwiastków na podstawie ich masy atomowej. Próbka jest wprowadzana do
spektrometru w postaci gazu lub zatomizowanej przy pomocy gorącego włókna cieczy.
Pojedyncze atomy tego samego pierwiastka róŜniące się od siebie masą atomową (izotopy) są
w instrumencie rozdzielane, a następnie rejestrowany jest ich wzajemny stosunek ilościowy.
Materiały do ćwiczeń z geochemii ogólnej – mgr Justyna Flis, mgr Jakub Matusik
AAS – Atomowa Spektroskopia Absorpcyjna (Atomic Absorption Spectroscopy)
Jest to bardzo popularna metoda analizy ilościowej większości kationów
metali, występujących nawet w śladowych ilościach w roztworze.
Polega ona na świeceniu lampą zbudowaną z badanego pierwiastka na
gaz zatomizowanej próbki. Wydzielane promieniowanie z lampy
(charakterystyczne dla danego kationu) jest pochłaniane przez gaz
proporcjonalnie do zawartości (stęŜenia) metalu w zatomizowanym
roztworze. Nie jest moŜliwe analizowanie kilku pierwiastków
jednocześnie. AAS jest metodą względną i wymaga zastosowania zewnętrznych wzorców.
ICP- plazmowa spektroskopia emisyjna (Inductively Coupled Plasma)
Metoda ta polega na wymuszaniu emitowania przez atomy
znajdujące się w próbce promieniowania charakterystycznego dla
badanego
pierwiastka.
Szeroki
wachlarz
analizowanych
pierwiastków, bardzo duŜy zakres wykrywanych stęŜeń (% - ppb)
oraz moŜliwość wykonywania z niewielkich objętości, nawet do 20
róŜnych analiz jednocześnie, decydują o wysokiej atrakcyjności
ICP. Niestety cena aparatu jest rzędu 100 000$. Podobnie jak AAS
jest to metoda względna.
Kolorymetria- spektroskopia absorpcyjna w świetle widzialnym
Prosta metoda słuŜąca do oznaczania niektórych
anionów (metali i niemetali). Po wywołaniu barwy
przez dodanie do próbki kombinacji odpowiednich
wskaźników, umieszcza się ją w szklanej kuwecie i
prześwietla monochromatycznym promieniowaniem
o określonej, wybranej dla danego składnika
długości
fali.
Wielkość
absorpcji
fali
jest
proporcjonalna do stęŜenia badanego anionu.
elektrody jonoselektywne (ISE Ion Selective Electrode)
Są to przenośne urządzenia, słuŜące do wykrywania tylko głównych
składników w roztworach. Najbardziej popularne elektrody: pH, Cl, K,
Na, Pb
2+
.
Opracowanie mgr inŜ. Justyna Flis