Aplikácia moderných analytických metód pri identifikácii neznámych látok v teréne - Časť 5.

Najprv to boli stolné prístroje používané iba v stacionárnych laboratóriách a starší analytici, ako ja, si určite pamätajú infračervený spektrometer Carl-Zeiss, ktorý so zapisovačom zaberal jeden veľký laboratórny stôl. Išlo o dvojpaprskový spektrometer. Jedna meracia cela kyvety slúžila na odpočítavanie pozadia, druhá na meranie vzorky a zapísané spektrum neznámej látky sa lúštilo za pomoci tabuliek, podľa charakteristických absopčných pásov funkčných skupín (ako vzor pozri Tabuľka oblasti výskytu...). Kvapalné neznáme látky sa merali priamo vo vhodnej kyvete prepúšťajúcej infračervené žiarenie (KBr, NaCl), ale u vodných roztokov to bol problém, pretože absopčné pásy vody prekrývajú pomerne široký rozsah spektra a tak sa musela neznáma látka extrahovať do vhodného rozpúšťadla (napr. CHCl₃, CCl₄, CS₂). V porovnávacej kyvete bolo iba rozpúšťadlo, ktoré sa ako pozadie odčítalo od nameraného spektra neznámej látky. Tiež sa často neznáma kvapalná látka naniesla ako tenký film na špeciálnu fóliu. To sa robilo u viskóznejších menej prchavých látok, aby cez ňu mohlo prejsť infračervené žiarenie.

Revue CO: Tabuľka oblasti výskytu pásov priradených valenčným vibráciám skupín X−H a Schéma interferometra spolu zo zdrojom žiarenia a detektorom

Pre analýzu pevných neznámych látok môžeme použiť techniku tak, že ich rozpustíme vo vhodne zvolenom organickom rozpúšťadle a meriame ich spektrum, alebo použijeme tzv. techniku KBr, kde sa neznáma látka, spolu s práškovým veľmi čistým KBr, lisuje do veľmi tenkých tabletiek, ktorými potom prechádzalo IR žiarenie a samotné spektrum KB sa odčítavalo ako pozadie. Tieto techniky sa používajú dodnes, ale hlavne v stacionárnom laboratóriu, vzhľadom na vysokú prácnosť s úpravou vzorky. Na analýzu plynov sa predtým používali špeciálne plynové kyvety, ale tu však bol problém, pretože koncentračne nízky obsah prímesí v plyne nebolo možné určiť vzhľadom na nízku citlivosť metódy. Preto sa neskoršie vyvinuli pre meranie plynov tzv. meracie cely o dĺžke až niekoľko metrov. Čo sa týka vyhodnocovania nameraného spektra neznámej látky, po nástupe počítačov už boli vytvorené knižnice infračervených spektier známych látok, ktoré boli uložené v softvéri programu a pri vyhodnocovaní nameraného spektra sa uložené spektrá z knižnice, samozrejme, že za rovnakých meracích podmienok, porovnávali. To, ktoré spektrum z knižnice sa najviac podobalo nameranému, určil počítač a vyhodil výsledok. Tento princíp sa používa dodnes, ale oveľa, oveľa sofistikovanejšie. Niekedy knižnica spektier obsahovala niekoľko stovák spektier, dnes sú to tisíce, ba aj desaťtisíce spektier a počítač má teda veľkú prácu ich prebehnúť. Pri nesprávne zvolenej knižnici sa pri vyhľadávaní môže stať, že sa pamäť počítača zahltí dátami a program zamrzne. Potom je potrebné zvoliť užší výber z knižnice spektier, aby vyhľadávanie úspešne prebehlo.

Postupom času, keď nastúpili nové moderné technológie, sa začali vyrábať aj mobilné infračervené spektrometre, ktoré boli plne funkčné so stolnými prístrojmi. Ak chceme mať dostatočnú citlivosť na jednotlivé plynné zložky nasávané vzduchovou pumpou do identifikačnej komory (cely) spektrometra, musí byť táto komora aj dostatočne veľká a tak ak použijeme multireflexnú meraciu komoru dĺžky 9,8 m, ktorú má napríklad náš FT-IR spektrometer Gasmet, tak tento prístroj nemôže mať až tak malé rozmery. Tento typ FT-IR spektrometra je vo vybavení KCHL CO v Jasove a Nitre a tak isto ho majú chemické útvary OS SR v Rožňave a Zemianskych Kostoľanoch. Tento mobilný spektrometer obchodne označený ako Gasmet od fínskeho výrobcu (pozri Pohľad na odkrytý ...), je určený na analýzu neznámych plynov priamo v teréne a je napájaný zdrojom z batérie uloženého na pohyblivom stojane (vozíku), s ktorým je možné ísť v ochrannom obleku priamo do kontaminovaného pásma a tam vykonať merania. Je ho možné používať aj v mobilnom laboratóriu namontovaný na zdroj v automobile a tak vykonávať kontinuálne monitoring ovzdušia, kde nasávanie z vonku je vykonávané cez PE trubičku zapojenú priamo na vzduchové čerpadielko prístroja. Tento prístroj ako zdroj infračerveného žiarenia využíva klasickú lampu osadenú keramickým SiC elementom, ktorý pri vysokej teplote 1 550 °C emituje IČ žiarenie. V súčasnosti sa často používa ako zdroj IČ žiarenia aj HeNe laser. Tak, ako som už spomenul v predchádzajúcom článku, tento FT-IR spektrometer je osadený interferometrom, ktorý vykonáva optickú inverziu Fourierovej transformácie (pozri Schéma interferometra...).

Revue CO: Mobilný spektrometer obchodne označený ako Gasmet od fínskeho výrobcu a Spektrometer bol používaný napríklad pri monitorovaní priestorov zimného štadióna pri majstrovstvách sveta v ľadovom hokeji v Košiciach.

Prístroj je ovládaný softvérom v počítači označeným ako Calcmet a má pomerne zrozumiteľné ovládanie. Analýza spektra sa vykonáva okamžite po nasatí plynu do kolóny a je možné ju časovo voliť od 5 až do 10-tok sekúnd. Prebieha tzv. skenovanie detektorom, kde je možné zobraziť samotné spektrum neznámej látky, merané spektrum v porovnaní s referenčným spektrom z knižnice a tiež iba tzv. rezídua, rozdiel v spektrách v porovnaní s referenčným spektrom alebo so spektrom pozadia. Výhodou tohto prístroja je vysoká rýchlosť analýzy a široký rozsah detegovateľnosti rôznych plynov. K prístroju sa dodáva aj tzv. kalibrátor, cez ktorý si je možné pridávať do knižnice vlastné vzorky látok (ich pár) o rôznej koncentrácii. Je tu jedno obmedzenie, že tieto látky musia mať bod varu do 180 °C. Prístroj má v KCHL CO veľmi vysoké využitie, hlavne pri detekcii úniku neznámych látok pri mimoriadnych udalostiach (havárie v chemických závodoch, havárie železničných cisterien alebo autocisterien, požiare, ap.). Prístroj je často využívaný napríklad pri ochrane obyvateľstva pri hromadných športových alebo kultúrnych podujatiach, s cieľom kontinuálneho monitorovania ovzdušia v prípade útoku chemickou látkou. Prístroj bol používaný napríklad pri monitorovaní priestorov zimného štadiónu pri majstrovstvách sveta v ľadovom hokeji v Košiciach.

Pokračovanie v budúcom čísle časopisu.