Palaute
Sivukartta

Etusivu > Analyysimenetelmät > 5. Spektrometriset menetelmät
  		Edellinen | Seuraava

5. Spektrometriset menetelmät
Peruskäsitteet
Spektrometria
Aineen ja sähkömagneettisen säteilyn vuorovaikutuksen eli aineen absorption ja emission tutkiminen. Spektrometrian avulla voidaan saada tietoa tutkittavan aineen koostumuksesta ja rakenteesta. Yleisimmin käytettyjä spektrometrisia menetelmiä ovat muun muassa UV-, IR, MS- ja NMR-spektrometria.

Spektroskopia
Tutkii aineen rakennetta sen sitoman tai lähettämän sähkömagneettisen säteilyn avulla (katso spektrometria).

Absorptio
Aineen tai energian sitoutuminen. Kun aine ottaa vastaan eli absorboi energiaa, sen elektroni tai elektronit voivat virittyä korkeammille energiatiloille.

Absorptiospektri
Spektri, jossa aineen absorboiman säteilyn aallonpituudet näkyvät spektriviivoina.

Emissio
Viritystilan purkautuessa aine voi lähettää eli emittoida energiaa sähkömagneettisena säteilynä

Emissiospektri
Spektri, jossa kuumennetun aineen lähettämän säteilyn aallonpituudet näkyvät spektriviivoina.

Viritystila
Pysymätön tila, jossa atomi on virittynyt.

5.1. Yleistä spektrometriasta

Spektrometrisissa menetelmissä tutkitaan aineen emittoimaa eli säteilemää tai absorboimaa eli imemää sähkömagneettista säteilyä. Tämä riippuu tarkoin aineen elektronirakenteesta. Sähkömagneettisen säteilyn aallonpituus voi vaihdella gammasäteilystä radioaaltoalueelle, mutta tavallisesti spektrometrisissa menetelmissä tulevat kyseeseen aallonpituudet, jotka ovat ultravioletin, optisen tai infrapunaisen säteilyn alueilla. Myös röntgensäteilyä käytetään; tällöin analysoidaan näytteen emittoiman röntgensäteilyn aallonpituudet (röntgenfluoresenssispektrometria).

analyysimenetelmat_5-1_1.gif

Kuva 1. Sähkömagneettisen säteilyn aallonpituus ja taajuus

UV-spektrometrilla voidaan määrittää aineen valenssielektroneissa tapahtuvia energiatilan muutoksia, kuten myös optisella emissiospektrometrilla, jolla voidaan määrittää helposti kiinteiden näytteiden sisältämät alkuaineet ja niiden pitoisuudet; näyte saatetaan emittoivaan tilaan höyrystämällä se ja virittämällä sen atomit esimerkiksi sähkökaaressa tai -kipinässä. Jos näyte höyrystyy ja sen atomit virittyvät liekissä, puhutaan liekkifotometriasta. Jos taas tutkitaan, paljonko tietyn aallonpituuden säteilystä absorboituu näytteeseen, kun se kulkee virittyneitä atomeja sisältävän liekin läpi, on kyse atomiabsorptiospektrometriasta (AAS).

Liuoksen läpi kulkeneen valon absorptiota tutkii kolorimetria. Infrapunaspektrometriassa tutkitaan alkuaineiden välisiä sidoksia. Se soveltuu hyvin etenkin orgaanisen mutta myös epäorgaanisen kemian tutkimuksiin, koska menetelmällä voidaan tutkia, mitä funktionaalisia ryhmiä näytteessä on.

Taulukossa 1 on esitetty eri säteilylajit ja säteilyn alkuperä sekä kyseistä säteilyä vastaavan spektrometrisen menetelmän nimi. Kun säteilyn aallonpituus kasvaa, sen energia pienenee ja vaikutukset aineeseen ovat erilaisia. Taulukossa 2 on esitetty yleisimmin käytettyjen spektrometristen menetelmien periaate ja sovellukset.

Taulukko 1. Sähkömagneettinen säteily ja spektrometrian laji
Säteilylaji Säteilyn alkuperä Aallonpituus,λ Spektrometrian laji
Gammasäteily Atomin ydinprosessit < 0,1 nm Gammasädespektrometria
Röntgensäteily Sisäkuorella olevien elektronien siirtymiset 0,01 – 2,0 nm Röngenfluoresenssispektrometria
UV-säteily Ulkokuorella olevien elektronien siirtymiset 2,0 – 200 nm Vakuumiultraviolettispektrometria
UV-VIS -säteily Atomin sisä- ja ulkokuorella olevien elektronien siirtymiset 200 – 800 nm UV-VIS -spektrometria
IR-säteily Molekyylien värähdykset ja pyörimiset 0,8 – 300 µm IR- ja ramanspektrometria
Mikroaallot Molekyylien pyörimiset 1 mm – 30 cm Mikroaaltospketrometria
Radioaallot Atomiytimen pyöriminen magneettikentässä 0,6 – 10 m Ydinmagneettinen resonanssispektrometria, NMR

Taulukko 2. Yleisimmin käytettyjen spektrometristen menetelmien periaate ja sovellukset
Tekniikka Periaate Sovellukset
Liekkifotometria Atomin emissio Lähinnä alkali- ja maa-alkalimetallien kvantitatiiviseen määritykseen
Atomiabsorptiospektrometria Atomin absorptio Metallien kvantitatiiviseen määritykseen
UV-VIS -spektrometria Molekyylien absorptio Alkuaineiden ja molekyylien kvantitatiivisen määritykseen
IR-spektrometria Molekyylien absorptio Lähinnä orgaanisten molekyylien kvalitatiiviseen ja kvantitatiivisen määritykseen
NMR-spektrometria Atomiytimen absorptio Orgaanisten yhdisteiden rakennemääritykseen
Massaspektrometria Molekyylin pilkkoutuminen Orgaanisten yhdisteiden identifiointiin ja kvantitointiin


Etusivu > Analyysimenetelmät > 5. Spektrometriset menetelmät 		Edellinen | Seuraava