Spektrální analytické metody „bulk“ (průměrná složení) vs lokální analýza Destruktivní Semidestruktivní Nedestruktivní Kvalitativní Semikvantitativní Kvantitativní Analytické metody Atomová spektrometrie Molekulová spektrometrie Kvantová teorie M. Planck: Kvantová teorie A. Einstein: Fotoelektrický jev N. Bohr: Kvantový model atomu L. De Broglie: Dualita hmota-záření E = m.c2 E = h.v A. Einstein: Speciální teorie relativity Vlnění Částice Každá mikročástice o hmotnosti m pohybující se rychlostí v, se může chovat jako vlna o vlnové délce De Broglieova-Comptonova vlnová délka Fraunhoferovy čáry ve slunečním spektru jsou důsledkem absorpce světla atomy různých prvků ve sluneční atmosféře. Emisní a absorční spektra Lambert – Beerův zákon Absorbance: A = - logT = log(P0/P) = ebc Transmitance: T = Psolution/Psolvent = P/P0 b = tloušťka kyvety, c = koncentrace roztoku, e = absorpční koeficient kyveta zdroj filtr detektor Zákon platí pro monochromatické světlo Grafické vyjádření Lambert-Beerova zákona y = 0.02x 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0.0 20.0 40.0 60.0 concentration (uM) A= lineární funkce Atomová spektrometrie Atomová absorpční spektrometrie V plameni V kyvetě Roztoková analýza destruktivní Spektrografie Semikvantitativní Semidestruktivní Jiskra El. oblouk Emisní spektra se zachycují na fotografickou desku OES/MS s doutnavým výbojem (GD-OES) Analýza povrchu Nedestruktivní Plamenová fotometrie Roztoková analýza destruktivní Stanovení snadno ionizovatelných prvků Na, Li, K, Mg a Ca Plamenový test Atomová emisní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem (ICP-OES) Roztoková analýza Destruktivní Multichannel Spectrometers Spectrographs Charge-Coupled Devices – 2 CCD’s – one for vis and one for UV. Hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem Roztoková analýza destruktivní LA-ICP-MS Nd:YAG Excimer Kvadrupólový TOF Sektorový (MC) Pevné látky vzorkovány laserovou ablací Semidestruktivní metoda Provenience obsidiánu Owens Valley, vých. Kalifornie Provenience železa MC LA-ICP-MS Analýza izotopových poměrů Izotopy Analýza izotopových poměrů Sklo „Art nouveau“ Laser Induced Breakdown Spectroscopy LIBS Daguerrotypie, 19. stol. LIBS Monitoring odstraňování starých nátěrů Odstraňování vosku z pláten nebo dřeva (překližka) je časově náročné. Proces lze snadno automatizovat použitím laseru a detekce LIBS. LIBS spektra vosku vykazují zřetelné pásy CO a CN. Po dosažení spodní vrstvy se objevuje pík 423 nm a čištění je ukončeno. Pigmenty LIBS spektrum olovnaté olejové barvy (lolovnatá běloba / lněný olej). Na vnitřním obrázku spektrum olovnaté běloby. Vlnová délka laseru 1064 nm. LIBS spektrum směsi pigmentů: olovnatá běloba, kadmiová červeň a ultramarínová modř. Vlnová délka laseru 266 nm. LIBS spektra (a) kadmiové červeně (CdSe03S07) a (b) rumělka (HgS). Vlnová délka laseru 1064 nm. LIBS spektra: (a) kadmiová citronová žluť (Cd0.9Zn0.1S´BaSO4) a (b) chromová žluť (PbCrO4). Vlnová délka laseru 1064 nm. LIBS spektra malby (horní spektrum), stříbrné folie (střední spektrum) a podkladové vrstvy (dolní spektrum). Malba obsahuje pigment obsahující Fe (hnědý, pravděpodobně FeO), podklad je síran vápenatý. 19th c. Russian icon of St. Nicholas. Sledování restaurátorských zásahů LIBS spektra originální malby a restaurovaných částí olejomalby. Kovy a slitiny LIBS analýza slitiny Au. Čištění kamene LIBS řezu krápníkem (znečištěný povrch) Autenticita výrobků z korálu korál vs. vápenec Molekulové pásy Spojení s Ramanovou spektrometrií LIBS Stand-off LIBS Malaga Analýza portálu katedrály. Stand-off LIBS ChemCam Spektrometrie laserem indukovaného plazmatu (LIBS) Terénní a mobilní zařízení remote LIBS Neutronová aktivační analýza Rentgenová fluorescenční analýza (XRF) Rentgenová Radionuklidová Benvenuto Cellini's Bronze statue of Perseus during its restoration in June, 1998 at the Uffizi Museum in Florence Portable X-Ray Fluorescence (PXRF) Elektronová mikrosonda Fotoelektronová spektroskopie (ESCA) Ultrafialová (UPS) Rentgenová (XPS) Sledování kinetické energie fotoelektronů, Ta závisí na energii molekulového orbitalu. Serratus – římská republikánská mince PIXE a PIGE Akrotiri Řecko Secondary Ion Mass Spectrometry Ar+ Xe+ Tell Beydar (Izrael) Molekulová spektrometrie UV-VIS spektrometrie Violet: 400 - 420 nm Indigo: 420 - 440 nm Blue: 440 - 490 nm Green: 490 - 570 nm Yellow: 570 - 585 nm Orange: 585 - 620 nm Red: 620 - 780 nm Double Beam UV-Vis Spectrophotometer Skenovací UV-VIS spektrometr cuvette Tungsten Filament (vis) slit Photomultiplier tube monochromator Deuterium lamp Filament (UV) slit Scanning Instrument Diode array UV-VIS spektrometr cuvette Tungsten Filament (vis) slit Diode array detector 328 individual detectors monochromator Deuterium lamp Filament (UV) slit mirror 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 400 440 480 520 560 600 640 680 720 760 Wavelengths (nm) Absorbance Sample Solution Kvantitativní měření se provádí v maximu absorpční křivky. C C C C C O C O H  135 nm  165 nm n 183 nm weak   150 nm n 188 nm n 279 nm weak  A 180 nm 279 nm C O O O O max = 238, 305 nm max = 240, 311 nm max = 173, 192 nm Similar structures have similar UV spectra: Lycopene: Barva souvisí s rozsahem konjugovaného systému Kolorimetrie Signal processing Kolorimetrie Signal processing Kolorimetrie Fosfor pH Železo Dusík (amoniakální, nitrátový) Kolorimetrie - aplikace mobilního telefonu Infračervená spektrometrie ATR KBr technika Infračervená spektrometrie (FTIR) Infračervená spektrometrie (FTIR) The typical IR absorption range for covalent bonds is 600 - 4000 cm-1. The graph shows the regions of the spectrum where the following types of bonds normally absorb. For example a sharp band around 2200-2400 cm-1 would indicate the possible presence of a C-N or a C-C triple bond. Although the entire IR spectrum can be used as a fingerprint for the purposes of comparing molecules, the 600 - 1400 cm-1 range is called the fingerprint region. This is normally a complex area showing many bands, frequently overlapping each other. This complexity limits its use to that of a fingerprint and should be ignored by beginners when analyzing the spectrum. As a student, you should focus your analysis on the rest of the spectrum, that is the region to the left of 1400 cm-1. Fingerprint region: complex and difficult to interpret reliably. Focus your analysis on this region. This is where most stretching frequencies appear. Egyptská kniha mrtvých Přenosné FTIR zařízení FTIR mikroskopie Infračervená spektrometrie Terénní a mobilní zařízení Noční vidění a termokamery Reflektografie Aplikace infračervené reflektografie - zviditelnění podkresby Reflektografie Aplikace infračervené reflektografie - zviditelnění tetování na mumifikovaných rukou z pohřebiště Semna South, Núbie (dnešní Súdán), stáří cca 2000 let. Ramanova spektrometrie Nd:YAG 1064 nm He–Ne 632.8 nm Princip Ramanovy spektrometrie Raman vs. FTIR FT IR (FT) Raman Ramanova spektrometrie pigmentů Polychromovaná socha sv. Anny v Santa Maria la Real, Sasamon, Španělsko (13. stol.). Ramanova spektra auripigmentu (As2S3), realgaru (As4S4), mozaikového zlata (SnS2) a rumělky (Hg S). Oltář ze “San Antolín y San Bernabé” Rozpoznání imitací Přírodní barevné korály (karoten) Barvené korály Imitace korálů Identifikace slonoviny FT-Ramanova spektra: Římské pečetidlo (i) africký slon (ii), vorvaň (iii) hroch (iv) Ramanova mikroskopie Ramanovské mapy vzorku S IIb. (a) optický obraz, (b) anhydrit, (c) sádrovec (gypsum). Portrét mladíka (neznámý severoitalský malíř, cca 1515) Ramanova mikroskopie maleb Ramanova mikroskopie mikrofosilie v jurských rohovcích Raman + FTIR mikroskopie Kombinace Raman + LIBS Mobilní zařízení pro Ramanovu spektrometrii M : 95% propustné zrcadlo pro vizualizaci plochy kamerou (Ca). HNF : holografické filtry odrážející laserový paprsek a propouští ramanovsky posunuté záření (Stokes) F filtry pro anti-Stokesovskou část spektra Ramanova spektrometrie Terénní a mobilní zařízení Analýza nástěnných maleb (kaple Ponthoz.) Rentgenová difrakční analýza (XRD) Motyka , doba římská, Srbsko Náholenice , doba římská, Srbsko Fluorescence Fluorescence Aplikace ultrafialové fluorescence - zviditelnění časem degradovaného textu LIF spectra of unvarnished tempera systems taken at a resolution of 1 nm with a laser fluence of 1.2 mJ cm-2: (a) zinc white, (b) cinnabar, (c) Naples yellow, and (d) lead chromate. The exciting laser wavelength is 248 nm. (e) UV fluorescence image of a cross section of an unvarnished laser-ablated region of a Naples yellow tempera sample. (Magnification is 500). Pigmenty Detekce mikroorganismů Fluorescence spectra of green algae on a marble substrate. Before a biocidal treatment (continuous line) and after (dotted line). Excitation wavelength 355 nm. Normalised LIF spectra of green algae (continuous line) and cyanobacteria (dotted line). Excitation 355 nm. Fluorescence image related to the alga colonisation on the northern portal of Lund Cathedral. The intensity of the chlorophyll fluorescence in the band around 685 nm is indicated in grey levels and makes evident the important biodeteriogen colonisation on the stone surface. Katedrála v Parmě a a picture of the area investigated; b the thematic map obtained from the ratio between the integrated area in the range 396 to 408 nm and the integrated area in the range 409 to 450 nmn (the yellow-red areas in the image indicate areas subject to protective treatment); c fluorescence spectra taken from the bottom left area of the protiro and referring to those pixels of the thematic map in b where the protective treatment was strongly present (yellow–red pixels); and d fluorescence spectra taken in the bottom right area of the protiro where the protective treatment is present in a lower degree