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Tutorial MenueAtomabsorptionsspektrometrieLerneinheit 10 von 10

Atomabsorptionsspektrometer - Aufbau und virtuelles Messgerät

Substanzen und Gefäße

Neben der apparativen Realisierung der Atomabsorptionsspektrometrie (AAS) werden diverse Gase und Chemikalien sowie dafür geeignete Gefäße benötigt. Da es sich bei der AAS um eine spurenanalytische Methode handelt, ist bei sämtlichen Arbeitsschritten und verwendeten Utensilien penibel auf die Vermeidung von Kontaminationen zu achten.

Für Anwendungen im Bereich der Ultraspurenanalytik kann zudem das Arbeiten in speziell eingerichteten Reinräumen notwendig sein. Insbesondere die Kontamination von Lösungen und Aufschlüssen durch Staub aus der Raumluft kann ein Problem sein (Gefäße verschließen/abdecken und nur bei Bedarf kurz öffnen). Wichtige Kontaminationen im Staub sind Al, Fe, Mg, Na, Si und Zn; wenn sich entsprechende Industriebetriebe in der Nähe des Labors befinden, können auch Immissionen anderer Elemente eine Rolle spielen.

Chemikalien

Alle eingesetzten Chemikalien müssen einen sehr hohen Reinheitsgrad aufweisen ("purissimum" bzw. "p.a. = pro analysi"). Chemikalienhersteller weisen in Zertifikaten den Gehalt an Spuren von Fremdstoffen nach; dennoch ist bei der Spurenanalytik generell eine eigene Kontrolle der Messwerte im Blindversuch, also ohne Probe, nötig. Im einzelnen werden insbesondere folgende Stoffe in der AAS häufig eingesetzt und sind entsprechend zu bevorraten (Details zu den chemischen Hintergründen in der Lerneinheit Anwendungen der AAS):

  • Wasser: Labore sind üblicherweise an eine Versorgung mit entsalztem oder "destilliertem" Wasser angeschlossen - dieses Wasser genügt den Reinheitsanforderungen der AAS nicht! Deshalb muss eine zweite Aufreinigungsstufe in einer Reinstwasseranlage erfolgen, wie sie von verschiedenen Herstellern angeboten wird (z.B. Membrapure, Millipore, Sartorius). Dieses Reinstwasser wird für alle Lösungen und Verdünnungen in der AAS verwendet, auch für die Reinigung von Gefäßen (siehe unten). Reinstwasser wird täglich frisch gezapft; eine regelmäßige Wartung der Anlage ist Voraussetzung für die gleichbleibende Reinheit. Häufige Kontaminationen in Wasser sind Ca, Fe, Mg, Na, Si und Zn, deshalb sind besonders bei der Bestimmung dieser Elemente Blindproben mit dem verwendeten Wasser wichtig.
  • Säuren: Sie dienen zum Aufschluss von Proben, aber auch zum Ansäuern anderer Lösungen (z.B. Standards für die Kalibrierung) und zum Reinigen von Gefäßen. Am wichtigsten sind Salpetersäure und Salzsäure, die in konzentrierter Form und in den benötigten Verdünnungen vorrätig sein sollten.
  • Modifierlösungen: Sie dienen dazu, die Eigenschaften der Probenmatrix zu modifizieren, um Störungen der Bestimmung (so genannte Interferenzen) zu verhindern. Wichtige Modifier sind zum Beispiel Cäsiumchlorid, Lanthanoxid und Magnesiumsalze.
  • Standardlösungen: Zum Kalibrieren der Extinktionssignale.
  • Reduktionsmittel: Werden nur für die Hydrid- und Kaltdampftechnik benötigt (Natriumborhydrid, Zinnchlorid).

Alle Lösungen sind regelmäßig zu erneuern, wobei die Standzeiten in der Regel einige Wochen oder Monate betragen (diese Angaben gehören zu den entsprechenden Ansatzvorschriften); einige labile Lösungen werden täglich neu angesetzt. Als Faustregel gilt: Je verdünnter eine Lösung ist, desto häufiger muss sie neu angesetzt werden. Zudem sind einige Lösungen lichtempfindlich (z.b. Standardlösungen für Gold und Silber), so dass dunkle Gefäße zu verwenden sind.

Zum peniblen Arbeiten mit der AAS gehört auch, dass nicht direkt aus den Vorratsgefäßen pipettiert wird. Vielmehr ist in ein Gefäß eine kleine Menge nach Bedarf abzufüllen, aus der dann mit der Pipette entnommen wird; nicht verbrauchte Reste kommen nicht zurück ins Vorratsgefäß! Ebenso gilt bei der Einwaage von Feststoffen, dass entnommene Substanz niemals in den Vorrat zurückgefüllt wird.

Gefäße

Alle verwendeten Gefäße müssen sorgfältig gereinigt werden, in der Regel mit entsalztem Wasser und verdünnter Salpetersäure, abschließend wird mehrmals mit Reinstwasser gespült und dann sorgfältig getrocknet.

Neben der Reinigung spielt auch die Beachtung der Gefäßmaterialien eine entscheidende Rolle: Übliche Laborgläser bestehen aus Borosilikatglas, das zu Kontaminationen mit Natrium, Bor und Silizium führen kann. Speziell bei der Bestimmung dieser Elemente ist deshalb auf geeignete Kunststoffgefäße auszuweichen (Teflon, Polyethylen PE, Polypropylen PP). Dies gilt ebenso für das Arbeiten mit Flusssäure (HF) bzw. mit fluoridhaltigen, angesäuerten Lösungen, da HF Glas angreift. Aufschlüsse bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck lassen sich in Teflongefäßen durchführen.

Glas ist darüber hinaus auch anfällig für den "memory effect", bei dem es durch Adsorption an der Gefäßwand zu schwer entfernbaren Kontaminationen kommt, die bei späterer Verwendung des Gefäßes in die Lösung übergehen können. Bevorratete Lösungen in der AAS werden daher meist in Flaschen aus PP oder PE aufbewahrt.

Gasversorgung

Für die verschiedenen Varianten der AAS werden folgende Gase eingesetzt:

  • Brenngas: Hauptsächlich wird Acetylen verwendet; bei den besonders leicht ionisierbaren Alkalimetallen auch Methan oder Propan (ergeben kältere Flammen als Acetylen, was die unerwünschte Ionisation vermindert); daneben gelegentlich auch Wasserstoff (günstig bei der Bestimmung der sehr kurzwellig absorbierenden Elemente As, Se wegen geringer Eigenabsorption der Flamme).
  • Oxidationsmittel: In der Regel Luft oder Lachgas, gelegentlich reiner Sauerstoff (jedoch nicht in Kombination mit Acetylen, durch eine zu hohe Brenngeschwindigkeit bestünde hier die Gefahr des Zurückschlagens der Flamme).
  • Schutzgas: Bei der Graphitrohr-AAS wird die Oxidation des glühenden Rohres durch Argon verhindert, alternativ durch Stickstoff (allerdings bildet Stickstoff mit Graphit oberhalb von 2300 °C toxisches Dicyan - Absaugung erforderlich).
  • Trägergas: Für das Hydridverfahren wird Argon eingesetzt, für die Hg-Bestimmung im Kaltdampfverfahren Luft oder Argon.

Auch bei den verwendeten Gasen ist auf die Reinheitsanforderungen der AAS zu achten. Zum Teil existieren feste Anschlüsse im Labor (Erdgas, Druckluft), aber es kann nicht als selbstverständlich vorausgesetzt werden, dass die Reinheit ausreichend ist (z.B. wegen Ölspuren aus Kompressoren). Im Zweifelsfall ist den teureren und in der Handhabung aufwändigeren Flaschengasen der Vorzug zu geben.

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