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Spettroscopia - ISMAR Genova

AA (Atomic Absorption)

AA (Atomic Absorption)

La spettrofotometria di assorbimento atomico in fiamma (A.A.S.), si basa sull’assorbimento di energia da parte degli elettroni di valenza di atomi presenti nello stato non eccitato. Alcune forme di interferenza sono causate dai processi chimico-fisici che inibiscono l’atomizzazione nella fiamma. Molto spesso, tali interferenze sono minimizzate modificando (rendendo più ossidante o più riducente) o cambiando (passando da acetilene-aria a acetilene-protossido di azoto) il tipo di fiamma. L’intensità della radiazione trasmessa segue la legge di Lambert Beer e ciò implica, in ultima analisi, che l’assorbanza è proporzionale alla concentrazione (naturalmente fissata la lunghezza d’onda appropriata e il cammino ottico di assorbimento).

Nella pratica l’applicazione è molto semplice in quanto, essendo lineare la relazione fra assorbanza e concentrazione, è necessario solamente comparare l’assorbanza di standards a concentrazione nota (curva di taratura) con quella del campione, così da ricavare la concentrazione incognita. Con questa tecnica è possibile determinare quantitativamente 68 elementi della tavola periodica, talvolta a livello di ppm o inferiore, in matrici spesso complesse. La tecnica è molto specifica e perciò, solo raramente, sono necessari processi di estrazione chimica.

EIS (Spettroscopia d'Impedenza Elettrochimica)

EIS (Spettroscopia d'Impedenza Elettrochimica)

La Spettroscopia d’Impedenza Elettrochimica consiste nel misurare il rapporto tra la variazione di potenziale attorno al potenziale di libera corrosione e la variazione di corrente corrispondente, permettendo di ottenere informazioni relative alle diverse cinetiche di reazione presenti in un processo elettrochimico. Uno dei campi dove la tecnica ha trovato una larghissima applicazione è quello dei rivestimenti protettivi, che per altro è di estremo interesse anche per la conservazione dei bronzi all'aperto.

In modo qualitativo possiamo affermare che tanto minore è l’impedenza, tanto maggiore è la facilità di far fluire una corrente, e pertanto risulterà facilitato il progredire dei processi di corrosione; grossolanamente, il valore del modulo dell’impedenza a bassa frequenza può essere utilizzato come indice della velocità di corrosione.

FTIR (Fourier Transform InfraRed)

FTIR (Fourier Transform InfraRed)

La spettrofotometria infrarossa, pur possedendo molte analogie con quella dell’ultravioletto, viene spesso trattata a parte in quanto possiede caratteristiche tipiche quali la natura degli spettri (che traggono origine da transizioni vibro-rotazionali) e le componenti strumentali (sorgente, mezzi ottici per trasmissione e riflessione, rivelatori, ecc.). Recentemente è stata applicata a questa tipologia di analisi, la trasformata di Fourier, una tecnica di elaborazione matematica abbastanza innovativa che consente l’ ottenimento di alti livelli prestazionali (Ft-Ir).

In questo tipo di strumenti il tradizionale monocromatore a dispersione è stato sostituito da un interferometro di Michelson, il quale produce, nel corso di una speciale scansione, l’interferogramma della sostanza in esame. Questo a sua volta viene trasformato dal microprocessore dello strumento o da un PC collegato, nello spettro tradizionale, mediante la trasformata di Fourier. Lo spettro infrarosso è generalmente piuttosto esteso e ricco di bande e quindi da esso si possono ottenere abbondanti informazioni relative al riconoscimento delle sostanze. Questo tipo di spettrofotometria si è sempre rivelata, infatti, una tecnica eccellente e insostituibile di analisi quantitativa. Una limitata accuratezza fotometrica, dovuta a un non elevato valore del rapporto segnale-disturbo, costituisce un limite, nelle applicazioni di tipo strettamente quantitativo. In particolare, lo strumento in dotazione all’I.C.M.M. è fornito di un accessorio per la riflettanza speculare che permette, variando gli angoli di incidenza e di riflessione sul campione, di effettuare analisi, a diverse profondità di campionamento, anche su campioni solidi in forma di lastrine.

XPS-AES (X-Ray Photoelectron Spectroscopy - Auger Electron Spectroscopy)

XPS-AES (X-Ray Photoelectron Spectroscopy - Auger Electron Spectroscopy)

Le tecniche di spettrometria fotoelettronica a raggi X (XPS) e la spettrometria Auger sono particolarmente utili per l’analisi chimica della superficie. Si possono rilevare quali e quantitativamente tutti gli elementi della tavola periodica (eccetto l’H e l’He). I campioni non necessitano di particolari preparazioni preliminari ma debbono essere solidi che non degassino eccessivamente e non si decompongano per effetto dell’ultra alto vuoto (UHV), raggi X o elettroni incidenti. Caratteristiche peculiari della tecnica XPS sono il fatto di essere un tipo di analisi non distruttiva, in grado di fornire informazioni qualitative sul legame chimico (stato di ossidazione, composto con il quale l’elemento è presente) e sulla quantità dell’elemento.

Principale attrattiva della tecnica Auger è invece il fatto di avere una elevata risoluzione laterale così da poter ottenere una mappatura e quindi una distribuzione spaziale dell’elemento considerato. Entrambe queste tecniche possono essere associate a un “cannone a ioni argon” in grado di “pulire” superficialmente il campione o di eroderlo, così da effettuare analisi in profondità (depth profiling).

XRD (X-Ray Diffraction)

XRD (X-Ray Diffraction)

La diffrattometria a raggi X viene usata per determinare le fasi cristalline contenute in minerali e materiali in ricerche e controlli in un largo campo di discipline e applicazioni. Essa è, infatti, usata come supporto alle analisi chimiche per identificare i costituenti di miscele di composti aventi diversa fase cristallina (per esempio nelle industrie di trattamento dei minerali, nello studio metallurgico dei componenti di lega ecc.). L’analisi effettuata su un campione (in forma di lamina o polveri) permette di valutare in modo qualitativo la struttura e le fasi cristalline, i parametri reticolari, le dimensioni dei grani nei materiali policristallini, gli stress residui, la orientazione dei grani e le orientazioni preferenziali.

Un approccio di tipo quantitativo è possibile anche se può essere estremamente complesso e suscettibile di errori, indotti essenzialmente dalla non omogeneità del campione, dalle orientazioni preferenziali e/o dalle eccessive dimensioni dei grani. La strumentazione a disposizione dell’ISMAR-Genova consiste in un diffrattometro e in un microdiffrattometro a raggi X. Quest’ultimo strumento è in grado di fornire le informazioni precedentemente citate in modo puntuale (spot raggi X teorico di 30 e di 100 micron di diametro).

UV-VIS

UV-VIS

Quando un campione viene irradiato da una sorgente luminosa di opportuna lunghezza d’onda, gli elettroni dello stato fondamentale acquistano l’energia necessaria per popolare uno stato eccitato. Come conseguenza, a quelle stesse lunghezze d’onda, solamente una frazione della luce mandata sul campione viene ritrasmessa. Le singole radiazioni monocromatiche si fanno passare, una alla volta, attraverso la sostanza in esame, la quale assorbirà in modo diverso le diverse radiazioni. Riportando i valori registrati in un grafico lunghezza d'onda-assorbimento, si ottiene lo spettro di assorbimento della sostanza esaminata.

Poiché ogni sostanza ha un particolare spettro di assorbimento, l'esame di tali spettri permette di identificare una sostanza (per confronto diretto con campioni noti o tramite banche dati di spettri) o di controllarne il grado di purezza.

Per approfondire il tema:
http://www2.fci.unibo.it/~montevec/spettroscopia.htm

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