DIN 51401 Bb 1-2017 Atomic absorption spectrometry (AAS) and atomic fluorescence spectrometry (AFS) - Vocabulary Supplement 1 Explanations《原子吸收光谱法(AAS)和原子荧光光谱法(AFS) 词汇 补充件1 说明》.pdf

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1、Juli 2017 Preisgruppe 11DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 01.040.71; 71.040.50!%dI“2655938www.din.deDieses Beiblatt enthlt Informationen zuDIN 51401, jedoch k

2、eine zustzlich genormten Festlegungen.DIN 51401 Beiblatt 1Atomabsorptionsspektrometrie (AAS) und Atomfluoreszenzspektrometrie (AFS) Begriffe; Beiblatt 1: ErluterungenAtomic absorption spectrometry (AAS) and atomic fluorescence spectrometry (AFS) Vocabulary; Supplement 1: ExplanationsSpectromtrie dab

3、sorption atomique (AAS) et de fluorescence atomique (AFS) Vocabulaire; Supplment 1: ExplicationsAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 51401 Beiblatt 1:2013-08www.beuth.deGesamtumfang 19 SeitenDDIN-Normenausschuss Materialprfung (NMP)DIN 51401 Bbl 1:2017-07 2 Inha

4、lt Seite Vorwort 4 1 Anwendungsbereich . 5 4 Gertetechnische Begriffe Strahlungsquellen* . 5 4.3 Linienstrahler* . 5 4.3.1 Hohlkathodenlampe* . 5 4.3.3 elektrodenlose Entladungslampe* (EDL) . 5 4.3.4 Niederdruckgasentladungslampe* . 5 4.4 Kontinuumstrahler* . 5 4.4.1 Deuteriumlampe* 5 4.4.2 Xenon-Ku

5、rzbogenlampe* . 5 5 Gertetechnische Begriffe Atomisierungseinheit* 6 5.1 Atomisierungseinheit* 6 5.3 Flammentechnik* 6 5.3.3 Flamme fr spektroskopische Zwecke* 6 5.3.4 Zerstuber* 6 5.3.10 Brenner* . 7 5.4 Ofentechnik* 7 5.4.1 Ofen* . 7 5.4.2 Temperaturprogramm* 8 5.5 Chemisches Verdampfen*. 9 5.5.1

6、Hydridtechnik* . 9 5.5.2 Kaltdampftechnik* 10 6 Gertetechnische Begriffe Spektrometer* und Strahlungsfhrung* 10 6.1 Spektrometer* 10 6.5 Einkanalspektrometer* . 10 6.6 Einstrahlspektrometer* 11 6.7 Zweistrahlspektrometer* . 11 6.9 Simultanspektrometer* 11 6.10 Strahlungsfhrung* 11 6.11 Modulation de

7、r Strahlung* 11 8 Messgren . 12 8.1 Transmissionsgrad* und 8.2 Absorptionsgrad* 12 8.3 Extinktion* . 12 8.4 Intensitt*. 12 9 Messen, Kalibrieren* und Auswerten 13 9.1 Messwert* . 13 9.3 Untergrundkorrektur* 13 9.3.1 Untergrundkorrektur mit einem Kontinuumstrahler* . 13 9.3.2 Untergrundkorrektur unte

8、r Ausnutzung des Zeeman-Effekts* . 14 9.3.3 Untergrundkorrektur durch Hochstrompulsen*. 14 9.3.4 Untergrundkorrektur durch Messen neben der Analysenlinie* . 14 9.4 Kalibrieren* . 14 9.4.3 Kalibrierverfahren* 15 9.7 Charakteristische Konzentration* 17 9.14 Arbeitsbereich* 17 DIN 51401 Bbl 1:2017-07 3

9、 9.17 Signal/Rauschen-Verhltnis* 17 10 Methodische Begriffe . 17 10.4 Lsung* 17 10.4.2 Stammlsung* . 17 10.4.3 Kalibrierlsung* 17 11 Strungen durch Begleitsubstanzen 18 11.2 Spektrale Strungen* . 18 11.3 Nichtspektrale Strung* . 18 11.3.3 Gasphasenstrung* . 18 Literaturhinweise . 19 DIN 51401 Bbl 1:

10、2017-07 4 Vorwort Dieses Dokument wurde vom Arbeitsausschuss NA 062-08-15 AA Grundlagen der analytischen Atomspektroskopie“ im DIN-Normenausschuss Materialprfung (NMP) erarbeitet. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. DIN ist nicht

11、dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. nderungen Gegenber DIN 51401 Beiblatt 1:2013-08 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) Anpassung der Abschnittsnummern und -titel an DIN 51401:2016-11; b) Ergnzung um Atomfluoreszenzspektrometrie (AFS), entsprech

12、end zu DIN 51401; c) Dokument redaktionell berarbeitet. Frhere Ausgaben DIN 51401: 1973-05 DIN 51401-2: 1987-01 DIN 51401 Beiblatt 1: 2000-04, 2013-08 DIN 51401 Bbl 1:2017-07 5 1 Anwendungsbereich In diesem Beiblatt werden ergnzende Hinweise und Erluterungen zu den in DIN 51401 definierten Begriffen

13、 gegeben. Daher werden auch die Abschnittsbenennungen von DIN 51401 verwendet. Die Ergn-zungen geben in erster Linie Hinweise fr die praktische Anwendung der Atomabsorptionsspektrometrie (AAS) und der Atomfluoreszenzspektrometrie (AFS). In diesem Beiblatt sind gegenber DIN 51401 keine neuen Begriffe

14、 mit normativem Charakter enthalten, weshalb es nur zusammen mit DIN 51401 verwendet werden sollte. Begriffe, die in DIN 51401 definiert sind, sind durch ein Sternchen (*) gekennzeichnet. Die in diesem Beiblatt verwendeten Abschnittsnummern und -titel entsprechen den Abschnittsnummern und -titel der

15、 Begriffe nach DIN 51401:2016-11. 4 Gertetechnische Begriffe Strahlungsquellen* 4.3 Linienstrahler* Linienstrahler* mssen die jeweilige charakteristische Strahlung des Analyten* in hoher spektraler Reinheit emittieren, d. h.: die zur Messung angewandte Wellenlnge wird mglichst wenig durch Anteile vo

16、n Nebenlinien anderer Elemente oder unspezifische Untergrundstrahlung gestrt. Besonders bei Linien-strahlern mit mehr als einem Analyten* (Mehrelementlampen) sollte darauf geachtet werden, dass im Bereich der Analysenlinien keine spektralen Strungen durch zustzliche Emissionslinien des Strahlers ent

17、stehen. Die Strahlungsemission sollte von hoher Intensitt und groer Stabilitt sein, da dies Voraussetzungen fr ein geringes Rauschen und damit ein gutes Signal/Rauschen-Verhltnis sind. 4.3.1 Hohlkathodenlampe* Zur thermischen Stabilisierung kann auer dem Analyten* ein weiteres Element im Kathodenmat

18、erial enthalten sein. Dieses wird blicherweise nicht angegeben. Daher ist insbesondere bei Verwendung sekundrer Resonanzlinien auf eventuelle spektrale Strungen zu achten. Durch Erhhung des Lampenstroms wird das Emissionsprofil der Hohlkathodenlampe verbreitert und kann damit zu einer reduzierten Em

19、pfindlichkeit bei gleichen Anregungsbedingungen fhren. 4.3.3 elektrodenlose Entladungslampe* (EDL) Bei Verwendung eines Halogenids des Analyten* (meist Iodid) wird auch das Atomspektrum des Anions ausgestrahlt. 4.3.4 Niederdruckgasentladungslampe* Die Niederdruckgasentladungslampe wird sowohl fr die

20、 Anregung der Atomfluoreszenzstrahlung, als auch in der Atomabsorption in der Kaltdampftechnik eingesetzt. Sie zeichnet sich durch kurze Stabilisierungs-zeiten und geringe Drift aus. 4.4 Kontinuumstrahler* Wird ein Kontinuumstrahler (z. B. Xenon-Kurzbogenlampe) als Primrstrahler eingesetzt, so ist e

21、in Spektralapparat mit hohem Auflsungsvermgen, z. B. Echelle-Monochromator oder -Polychromator, erforderlich. 4.4.1 Deuteriumlampe* Neben dem Kontinuum emittiert eine Deuteriumlampe auch das Linienspektrum des Elektrodenmaterials, was zu Strungen bei der Bestimmung dieses Elements fhren kann. 4.4.2

22、Xenon-Kurzbogenlampe* Die Xenon-Kurzbogenlampe emittiert im Wellenlngenbereich von etwa 190 bis 900 nm mit einer deutlich hheren Strahldichte (Faktor 10 bis 1 000) im Vergleich zur Deuteriumlampe. DIN 51401 Bbl 1:2017-07 6 5 Gertetechnische Begriffe Atomisierungseinheit* 5.1 Atomisierungseinheit* In

23、 Abhngigkeit von der Konzentration des Analyten*, der zur Verfgung stehenden Probenmenge und dem Zustand der Analysenprobe (fest, flssig, gasfrmig) ist die geeignete Atomisierungseinheit* auszuwhlen. Ofen*-, Hydrid*- und Kaltdampftechniken* haben fr die damit bestimmbaren Elemente eine hhere Empfind

24、lichkeit* als die Flammentechnik*. In allen Atomisierungseinheiten* werden bevorzugt Lsungen verwendet; bei der Ofentechnik* knnen auch feste Analysenproben oder Aufschlmmungen (Slurry-Technik) eingesetzt werden. 5.3 Flammentechnik* Durch die Wrmeenergie der Flamme* wird der Analyt* verdampft und at

25、omisiert. Die chemische Zusammensetzung und die physikalischen Eigenschaften der Flamme haben Einfluss auf die Verdampfungs- und Atomisierungseigenschaften und sind daher bei der Messung zu bercksichtigen. 5.3.3 Flamme fr spektroskopische Zwecke* Da in der F AAS* die Messstrahlung durch die Flamme*

26、gefhrt wird, werden laminar brennende Flammen* verwendet. Diese zeichnen sich aus durch relativ hohe Transparenz, langsame Brenngeschwindigkeit, glatte Flammenfront sowie gleichmiges Temperaturprofil ber die Lnge des Absorptionsvolumens*. Das Verhltnis Brenngas* zu Oxidans* lsst sich in weiten Berei

27、chen verndern (reduzierende oder oxidierende Flamme*). Hierdurch knnen optimale Messbedingungen fr den Analyten* (Signal/Rauschen-Verhltnis*, Strungen durch Begleitsubstanzen*) eingestellt werden. In der F AAS* gebruchliche spektroskopische Flammen* sind in Tabelle 1 zusammengestellt. Khle Flammen*

28、werden relativ selten fr die F AAS* eingesetzt (machen nur fr Alkalielemente Sinn, um die Ionisierungsstrung zu reduzieren), da die Gefahr einer unvollstndigen Verdampfung/Atomisierung* besteht (Strungen durch Begleitsubstanzen*). Tabelle 1 Flammen fr spektroskopische Zwecke* Brenngas* Oxidans* maxi

29、male Flammen-temperatur maximale Brenn-geschwindigkeit Bemerkungen C cm/s Ethin Luft 2 250 270 gebruchlichste Flamme* Ethin Distickstoffmonoxid (N2O) 2 700 500 heie Flamme* fr schwerer verdampf- und atomisierbare Substanzen Propan/Butan Luft 1 920 80 khle Flamme* fr leicht ionisierbare Elemente Wass

30、erstoff Luft 2 050 310 khle Flamme* mit hoher Transparenz 5.3.4 Zerstuber* blicherweise wird das Aerosol durch pneumatische, konzentrische Zerstuber* (Ansaugrate* etwa 4 ml/min bis 9 ml/min) unter Verwendung des Oxidans* als Zerstubergas* erzeugt. Mit Pumpen oder justierbaren Zerstubern* knnen Einfl

31、sse der Probenlsung* (z. B. Viskositt, Oberflchenspannung) auf die Zerstubungseffizienz verringert werden. Das Aerosol wird stabilisiert durch Verfeinern der Trpfchenverteilung an Prallflchen und Abscheiden von greren Trpfchen in der Mischkammer*. DIN 51401 Bbl 1:2017-07 7 Dadurch wird die Aerosolau

32、sbeute* erhht, und Strungen durch Begleitsubstanzen werden vermindert. Die Einheit aus Zerstuber* und Mischkammer* hat in Abhngigkeit von ihrer Konstruktion und den Eigenschaften der Probenlsung* im Allgemeinen eine Aerosolausbeute* von 5 bis 20 %. Bei Verwendung von Pumpen kann die Zufuhrrate* deut

33、lich unter der Ansaugrate* gehalten werden, wodurch die Effektivitt des Zerstubers* erhht wird. Das stabilisierte Aerosol wird mit dem Brenngas* und zustzlichem Oxidans* homogen vermischt und dem Brenner* zugefhrt. 5.3.10 Brenner* Bei Mischkammer-Brennern* werden blicherweise auswechselbare Brennerk

34、pfe verschiedener Bauart fr die unterschiedlichen Flammen* eingesetzt. Lange Absorptionswege fhren zu hoher Empfindlichkeit* (Lambert-Beersches Gesetz). Daher werden blicherweise Schlitzbrennerkpfe (Schlitzlnge etwa 50 mm bis 120 mm, Schlitzbreite etwa 0,3 mm bis 1 mm) verwendet. Die Atomabsorption*

35、 wird oberhalb der ersten Flammenreaktionszone gemessen. Durch Justieren der Brennerposition, insbesondere der Brennerhhe kann die Absorptionsstrahlung* durch die optimale Flammenzone gefhrt werden. Beim Betrieb von spektroskopischen Flammen* sind die Sicherheitshinweise der Gertehersteller zu beach

36、ten. 5.4 Ofentechnik* Ofensysteme knnen offene (Tiegel, Band, Stab usw.) oder rohrfrmige Atomisierungseinheiten* enthalten. Graphitrohrfen* werden meist diskontinuierlich, Quarzglasfen dagegen kontinuierlich betrieben. Die Abmessungen der Atomisierungseinheit* und der Strahlungsfhrung* sollten aufei

37、nander abgestimmt sein. 5.4.1 Ofen* Die zum Atomisieren* notwendige Temperatur wird durch elektrische Widerstandsheizung erzeugt. Als Material werden Graphit oder in seltenen Fllen auch Metalle, z. B. Molybdn, Tantal, Wolfram, verwendet. Um Oxidation des Ofens* bei hohen Temperaturen zu vermeiden, w

38、ird er durch ein Schutzgas (z. B. Argon) gegenber der Atmosphre isoliert. Meist wird eine von Schutzgas durchstrmte Ummantelung verwendet. 5.4.1.1 Graphitrohrofen* Der Graphitrohrofen* ist der am hufigsten verwendete elektrothermische Atomisator*. Der Strom kann (lngs) ber die Rohrenden oder (quer)

39、ber die Rohrseiten gefhrt werden. Als Material wird bevorzugt polykristalliner Elektrographit verwendet. Die Oberflche von Graphitrohren wird meist mit Pyrokohlenstoff beschichtet, um die Diffusion der Atome durch den Graphit zu minimieren, ein Eindringen der Messlsung* in den Graphit zu vermeiden,

40、die Reaktivitt der Kohlenstoffoberflche zu vermindern, die Lebensdauer des Rohrs zu erhhen und um die Empfindlichkeit* und Reproduzierbarkeit der Bestimmung zu verbessern. Die Messlsung* wird meist automatisch durch eine ffnung auf eine im Rohr befindliche Plattform oder Sonde oder auf die Rohrinnen

41、wand dosiert. Anstelle der Messlsung* kann auch eine feste oder gasfrmige Analysenprobe oder eine Aufschlmmung in das Rohr eingebracht werden. Bei gasfrmigen Analysenproben wird der Analyt an der meist beschichteten Rohroberflche adsorbiert und whrend des Atomisierungsschritts atomar freigesetzt. De

42、r Gasstrom in Graphitrohrfen* ist blicherweise aufgeteilt in einen ueren Schutzgas- und einen inneren Splgasstrom. Der Splgasstrom dient zum Entfernen der beim Aufheizen verflchtigten Stoffe. Zum Erzielen besserer Empfindlichkeit* wird er whrend der Messung abgeschaltet oder reduziert. Als Schutz- u

43、nd Splgas wird bevorzugt Argon verwendet. DIN 51401 Bbl 1:2017-07 8 5.4.2 Temperaturprogramm* Das Heizen des Atomisators* erfolgt ber eine Steuereinheit, die das Programmieren einer Aufeinanderfolge von Temperaturschritten und entsprechenden Zeitintervallen ermglicht. Dieses Temperaturprogramm* defi

44、niert die thermische Behandlung der Analysenprobe und besteht hufig aus den Schritten: Trocknen, Pyrolysieren, Atomisieren*, Ausheizen. Whrend des Trocknens werden flssige Anteile der Messlsung*, z. B. das Lsemittel, verdampft. Whrend der Pyrolyse werden flchtige Begleitsubstanzen entfernt. Daneben

45、laufen Prozesse ab, wie Verkohlen, Abspalten von H2O, CO2, HCl usw., die Strungen whrend des Atomisierungsvorgangs durch die zeitlich vorgelagerte Entfernung reduzieren. Sollen organische Substanzen verascht werden, wird whrend des Pyrolysierens z. B. Sauerstoff oder Luft in den Atomisator* eingelei

46、tet oder ein oxidierendes Reagenz zugegeben. Beim Atomisieren* wird der Analyt atomisiert. Werden whrend des Atomisierens* grere Mengen Begleitsubstanzen (z. B. durch eine unvollstndige Pyrolyse) verflchtigt, kann dies zu Strungen fhren. Beim Ausheizen werden im Atomisator* verbliebene Rckstnde entf

47、ernt. Zum Optimieren des Temperaturprogramms* werden zweckmigerweise Pyrolyse- und Atomisierungs-kurven erstellt, siehe Bild 1. Die Pyrolysekurve zeigt die Abhngigkeit des Messwerts* von der Pyrolysetemperatur*, wobei Pyrolysezeit, Atomisierungstemperatur* und -zeit konstant gehalten werden. Die Vor

48、gnge whrend des Pyrolysierens lassen sich durch chemisches Modifizieren gnstig beeinflussen, so dass z. B. der Analyt* erst bei hherer Temperatur T1flchtig wird und/oder unerwnschte Begleitsubstanzen mglichst vollstndig entfernt werden knnen. Die Pyrolysetemperatur* darf nicht hher sein als die Temp

49、eratur T1, oberhalb deren der Analyt* flchtig wird. Die Atomisierungskurve zeigt die Abhngigkeit des Messwerts* von der Atomisierungstemperatur* unter Verwendung der ermittelten optimalen Pyrolysetemperatur* T1und Konstanthalten aller anderen Parameter. Die Atomisierungskurve beginnt bei der Erscheinungstemperatur* T3. Die Atomisierungstemperatur* sollte