Examenvragen - FA.pdf

# Algemene principes van interactie van elektromagnetische straling met materie Dit onderwerp beschrijft hoe elektromagnetische straling (EM-straling) en materie met elkaar interageren, waarbij zowel het golf- als het deeltjeskarakter van straling centraal staan. Deze interacties vormen de basis voor diverse spectroscopische analysetechnieken [1](#page=1). ### 1.1 Het golfkarakter van elektromagnetische straling Elektromagnetische straling kan worden gezien als een energiestroom die zich door de ruimte voortplant. Het golfkarakter van deze straling kenmerkt zich door [1](#page=1): * **Sinusoïdale vorm:** De straling bestaat uit oscillerende elektrische en magnetische velden die loodrecht op elkaar staan en loodrecht op de voortplantingsrichting. Deze velden volgen een sinusoïdale curve [1](#page=1). * **Interactie via het elektrisch veld:** Het wisselende elektrische veld van de straling is verantwoordelijk voor de interactie met de elektronen in de materie [1](#page=1). * **Verklaring van verschijnselen:** Het golfmodel verklaart fenomenen zoals breking, terugkaatsing, diffractie en interferentie [1](#page=1). De belangrijkste parameters die de sinusoïdale golven beschrijven zijn: 1. **Frequentie ($\nu$)**: Dit is het aantal golven dat per seconde een vast punt passeert, uitgedrukt in Hertz (Hz) of $s^{-1}$ [1](#page=1). 2. **Golflengte ($\lambda$)**: Dit is de afstand tussen twee identieke punten op opeenvolgende golven, zoals twee opeenvolgende toppen [1](#page=1). 3. **Snelheid ($c$)**: De snelheid waarmee de golf zich voortplant; in vacuüm bedraagt deze $3 \times 10^{10}$ cm/s [1](#page=1). Er bestaat een vaste relatie tussen deze grootheden: $$c = \nu \cdot \lambda$$ [1](#page=1). ### 1.2 Het deeltjeskarakter (fotonen) van elektromagnetische straling Naast het golfkarakter, kan EM-straling ook beschouwd worden als bestaande uit discrete energiepakketjes, fotonen of kwanta genaamd [1](#page=1). * **Energie van fotonen:** De energie ($E$) van een foton is direct evenredig met de frequentie ($\nu$) van de straling, volgens de volgende formule, waarbij $h$ de constante van Planck is: $$E = h \cdot \nu$$ [1](#page=1). Dit kan ook uitgedrukt worden in termen van golflengte: $$E = \frac{h \cdot c}{\lambda}$$ [1](#page=1). ### 1.3 Het mechanisme van absorptie Absorptie van EM-straling door materie treedt op wanneer de energie van een invallend foton precies overeenkomt met het energieverschil tussen verschillende energieniveaus binnen atomen of moleculen. Aangezien deze energieniveaus gekwantiseerd zijn (slechts specifieke, discrete energiewaarden kunnen worden aangenomen), vindt absorptie alleen plaats als de fotonenergie precies past bij de overgang van een grondtoestand naar een hogere energietoestand (aangeslagen toestand) [1](#page=1). > **Tip:** Het deeltjeskarakter (fotonen) is cruciaal voor het begrijpen van de absorptie en emissie van energie, wat essentieel is voor de excitatie van atomen en moleculen in spectroscopische technieken [1](#page=1). --- # Interactie van straling met atomen en moleculen en de resulterende spectra De interactie van elektromagnetische straling met atomen en moleculen is cruciaal voor het begrijpen van spectroscopische technieken en wordt gekenmerkt door de absorptie van fotonen, wat leidt tot specifieke spectra afhankelijk van de structuur van de absorberende deeltjes [2](#page=2). ### 2.1 Interactie met atomen (atoomspectroscopie) De interactie van straling met vrije atomen, zoals in een gasfase of vlam, is relatief eenvoudig vanwege hun structuur [2](#page=2). #### 2.1.1 Aard van de overgang Atomen kunnen niet vibreren of roteren zoals moleculen dat doen. Daarom gaat de absorptie van licht bij atomen uitsluitend gepaard met elektronenovergangen. Hierbij verplaatst een valentie-elektron zich van een baan rond de kern naar een baan met een hogere energie [2](#page=2) [7](#page=7). #### 2.1.2 Het spectrum Omdat er slechts specifieke, discrete energiesprongen mogelijk zijn tussen de elektronenbanen, worden alleen zeer specifieke golflengten geabsorbeerd. Dit resulteert in een lijnenspectrum, dat bestaat uit scherpe, discrete lijnen. Een bekend voorbeeld hiervan zijn de karakteristieke D-lijnen van natrium rond 589 nanometer. De meest gebruikte lijn voor analyse is de resonantielijn, die overeenkomt met de overgang van de grondtoestand naar het laagste excitatieniveau, omdat deze de minste energie vereist en het meest intens is [2](#page=2) [7](#page=7). #### 2.1.3 Toepassing Dit principe wordt toegepast in technieken zoals Atoomabsorptiespectrometrie (AAS) en Atoomemissiespectrometrie (AES) . In de analytische toepassing is de golflengte van de absorptie- of emissielijn specifiek voor het element [2](#page=2) [7](#page=7). ### 2.2 Interactie met moleculen (moleculaire spectroscopie) Bij moleculen is de interactie met straling complexer omdat ze uit meerdere atomen bestaan die onderling kunnen bewegen [2](#page=2). #### 2.2.1 Soorten energetische veranderingen Excitatie van een molecule kan drie soorten energetische veranderingen teweegbrengen [2](#page=2): 1. **Elektronenovergangen:** Een elektron gaat naar een hoger energieniveau, wat de meeste energie vereist en typisch optreedt bij interactie met UV/zichtbaar licht [2](#page=2). 2. **Vibratie-overgangen:** De atomen binnen het molecuul gaan ten opzichte van elkaar trillen (vibreren). De energieën van deze trillingen zijn gekwantiseerd. Nabij en medium infrarood straling (2,5 tot 50 micrometer) veroorzaakt voornamelijk vibratie-overgangen [2](#page=2) [3](#page=3). 3. **Rotatie-overgangen:** Het gehele molecuul roteert rond zijn assen. Ook deze rotatie-energieën zijn gekwantiseerd en vereisen de minste energie. Ver infrarood straling (> 50 micrometer) veroorzaakt puur rotatie-overgangen [2](#page=2) [3](#page=3). #### 2.2.2 Het spectrum Wanneer een molecuul straling absorbeert voor een elektronenovergang (bijvoorbeeld in het UV-gebied), gaat dit tegelijkertijd gepaard met veranderingen in vibratie- en rotatie-energie. Voor elke elektronenovergang zijn er talloze combinaties van vibratie- en rotatieniveaus mogelijk, met kleine energieverschillen. Hierdoor liggen de absorberende golflengten heel dicht bij elkaar, waardoor de discrete lijnen samenvloeien tot brede absorptiebanden. Men spreekt hier van een bandenspectrum [2](#page=2) [3](#page=3) [7](#page=7). #### 2.2.3 Toepassing Dit principe wordt waargenomen in UV/VIS-spectrofotometrie en colorimetrie. In de farmaceutische analyse worden UV-spectra bijvoorbeeld gebruikt voor de identificatie van organische geneesmiddelen [7](#page=7). ### 2.3 Invloed per golflengtegebied De invloed van elektromagnetische straling op materie hangt sterk af van de energie, en dus de golflengte, van de straling. Dit kan worden ingedeeld volgens het elektromagnetische spectrum [2](#page=2): | Type straling | Golflengtebereik | Interactie met materie (effect) | Type spectrum | | :--------------------- | :-------------------- | :------------------------------------------ | :-------------------------- | | X-stralen | 0,01 - 10 nm | Interactie met binnenste elektronen | - | | UV / Zichtbaar licht | 200 - 780 nm | Elektronenovergangen (valentie-elektronen) | Lijn (atomen) / Band (moleculen) | | Nabij/Medium IR | 0,78 - 50 µm | Vibratie-overgangen (+ rotatie) | Pieken/Banden | | Ver IR | 50 - 300 µm | Rotatie-overgangen | Discrete lijnen | #### 2.3.1 X-stralen Deze straling is zeer energierijk en interacteert met de binnenste elektronen, die zich het dichtst bij de atoomkern bevinden [2](#page=2). #### 2.3.2 Ultraviolet (UV) en Zichtbaar licht Deze straling heeft voldoende energie om transities van valentie-elektronen (bindingselektronen in de buitenste schil) te veroorzaken. Dit wordt gebruikt in UV-VIS spectrofotometrie en colorimetrie. Bij moleculen in dit gebied veroorzaakt de absorptie elektronenovergangen die tegelijkertijd gepaard gaan met veranderingen in vibratie- en rotatie-energie, resulterend in een bandenspectrum [2](#page=2) [3](#page=3). #### 2.3.3 Infrarood (IR) IR-straling heeft niet genoeg energie voor elektronenovergangen, maar beïnvloedt de beweging van het molecuul [2](#page=2). * **Nabij en Medium Infrarood (2,5 - 50 µm):** Veroorzaakt voornamelijk vibratie-overgangen. Omdat vibraties vaak gepaard gaan met rotaties, ziet men hier pieken in het spectrum [3](#page=3). * **Ver Infrarood (> 50 µm):** Veroorzaakt puur rotatie-overgangen. Dit vergt de minste energie en resulteert in discrete absorptielijnen [3](#page=3). ### 2.4 Analytisch gebruik van spectra Het absorptiespectrum, een grafiek die absorptie ($A$) uitzet tegen golflengte ($\lambda$), heeft twee hoofdtoepassingen in de analyse: identificatie (kwalitatief) en gehaltebepaling (kwantitatief) ] [7](#page=7). #### 2.4.1 Kwalitatief gebruik (identificatie) De vorm van het spectrum is karakteristiek voor de absorberende stof en is onafhankelijk van de concentratie. Dit principe maakt identificatie mogelijk. Bij Atoomabsorptie/Emissiespectrometrie (AAS/AES) zijn de golflengten van de absorptie- of emissielijnen specifiek voor het element [7](#page=7). #### 2.4.2 Kwantitatief gebruik (gehaltebepaling) De kwantitatieve bepaling steunt op de Wet van Lambert-Beer, die het verband beschrijft tussen de gemeten lichtintensiteit en de concentratie van de stof [3](#page=3). > **Tip:** Het fundamentele verschil tussen een lijnenspectrum (atomen) en een bandenspectrum (moleculen) ligt in de aard van de mogelijke energetische overgangen: enkel elektronenovergangen bij atomen, versus gecombineerde elektronen-, vibratie- en rotatieovergangen bij moleculen. --- # Spectrofotometrie en de wet van Lambert-Beer Spectrofotometrie is een kwantitatieve analytische techniek die de absorptie van elektromagnetische straling door atomen of moleculen meet om concentraties te bepalen. De kern van deze techniek wordt gevormd door de wet van Lambert-Beer [3](#page=3) [5](#page=5). ## 3. Spectrofotometrie en de wet van Lambert-Beer ### 3.1 Spectrofotometrie: definities en basisprincipes Spectrofotometrie is een kwantitatieve analytische techniek gebaseerd op de meting van de absorptie of transmissie van elektromagnetische straling door atomen of moleculen. In tegenstelling tot oudere colorimetrische methoden, die visuele vergelijkingen gebruikten, meet spectrofotometrie de geabsorbeerde fractie van stralingsenergie nauwkeurig met een detector [3](#page=3) [5](#page=5). Het fundamentele principe is de interactie tussen elektromagnetische straling en materie [3](#page=3): * **Kwantisering van energie**: Atomen en moleculen bezitten discrete energieniveaus. Stralingsabsorptie vindt plaats wanneer de energie van een foton exact overeenkomt met het energieverschil tussen de grondtoestand en een geëxciteerde toestand. De energie van een foton wordt beschreven door $E = h \cdot \nu$ [3](#page=3). * **Moleculaire absorptie**: Bij moleculen in het UV/Vis-gebied veroorzaakt absorptie elektronenovergangen van valentie-elektronen, vergezeld van veranderingen in vibratie- en rotatie-energie. Dit resulteert in brede absorptiebanden in plaats van scherpe lijnen [3](#page=3). ### 3.2 De wet van Lambert-Beer De wet van Lambert-Beer beschrijft het kwantitatieve verband tussen de absorptie van licht en de concentratie van een absorberende stof. De wet combineert de principes van Lambert en Beer [5](#page=5). #### 3.2.1 Definitie en oorsprong * **Wet van Lambert **: Stelt dat bij een constante concentratie, de transmissie exponentieel daalt met toenemende weglengte van het licht [5](#page=5). * **Wet van Beer **: Stelt dat bij een constante weglengte, de transmissie exponentieel daalt met toenemende concentratie van absorberende deeltjes [5](#page=5). #### 3.2.2 Transmissie en absorptie Wanneer monochromatisch licht van intensiteit $I_0$ door een oplossing gaat en er licht met intensiteit $I$ uitkomt, wordt de transmissie (T) gedefinieerd als de fractie doorgelaten licht [3](#page=3) [5](#page=5): $T = \frac{I}{I_0}$ De procentuele transmissie is: $\%T = \frac{I}{I_0} \times 100$ Absorptie (A), ook wel extinctie of optische dichtheid genoemd, is logaritmisch gerelateerd aan de transmissie en is dimensieloos [3](#page=3) [5](#page=5): $A = -\log T = \log \left(\frac{I_0}{I}\right)$ $A = \log \left(\frac{100}{\%T}\right) = 2 - \log(\%T)$ #### 3.2.3 De formule van Lambert-Beer De wet stelt dat de absorptie (A) recht evenredig is met zowel de weglengte van het licht door de oplossing (b) als de concentratie van de absorberende stof (C) [3](#page=3) [5](#page=5): $A = a \cdot b \cdot C$ Hierin is: * $A$: Absorptie (dimensieloos) [3](#page=3) [5](#page=5). * $b$: Weglengte van het lichtpad, meestal de breedte van de cuvet (standaard 1 cm) [3](#page=3) [5](#page=5). * $C$: Concentratie van de stof [3](#page=3) [5](#page=5). * $a$ of $\varepsilon$: De evenredigheidsconstante (absorptiecoëfficiënt) [3](#page=3) [5](#page=5). Afhankelijk van de eenheid van concentratie, wordt onderscheid gemaakt in: 1. **Specifieke absorptiecoëfficiënt ($a$)**: Gebruikt wanneer $C$ in gram per liter (g/l) is. De eenheid van $a$ is l⋅g⁻¹⋅cm⁻¹ [3](#page=3) [5](#page=5). 2. **Molaire absorptiecoëfficiënt ($\varepsilon$)**: Gebruikt wanneer $C$ in mol per liter (mol/l) is. De eenheid van $\varepsilon$ is l⋅mol⁻¹⋅cm⁻¹ [3](#page=3) [5](#page=5). De relatie tussen $\varepsilon$ en $a$ is $\varepsilon = a \cdot MM$, waarbij $MM$ de molaire massa is [5](#page=5). 3. **Specifieke absorptie ($A_{1\text{cm}}^{1\%}$)**: Vaak gebruikt in farmaceutische analyse. Het is de absorptie van een 1% (m/v) oplossing in een 1 cm cuvet. De relatie is $A_{1\text{cm}}^{1\%} = 10 \cdot a$ [3](#page=3) [5](#page=5). #### 3.2.4 Het absorptiespectrum De absorptiecoëfficiënt ($a$ of $\varepsilon$) is afhankelijk van de golflengte ($\lambda$). Door absorptie als functie van golflengte uit te zetten, ontstaat een absorptiespectrum (of absorptiecurve) [4](#page=4). * **Kwalitatief**: De vorm van het spectrum is karakteristiek voor een stof en kan voor identificatie worden gebruikt [4](#page=4). * **Kwantitatief**: Uit het spectrum wordt de golflengte van maximale absorptie ($\lambda_{\text{max}}$) bepaald. Metingen worden bij voorkeur bij $\lambda_{\text{max}}$ uitgevoerd voor maximale gevoeligheid en minimale fouten [4](#page=4) [8](#page=8) [9](#page=9). #### 3.2.5 De ijklijn Het lineaire verband tussen absorptie (A) en concentratie (C) maakt het mogelijk concentraties te bepalen via een ijklijn. Een ijklijn wordt opgesteld door de absorptie van standaardoplossingen met bekende concentraties uit te zetten tegen hun concentratie. Ideaal gezien gaat de rechte ijklijn door de oorsprong [4](#page=4) [5](#page=5) [6](#page=6) [9](#page=9). #### 3.2.6 Beperkingen en afwijkingen van de wet van Lambert-Beer Hoewel theoretisch lineair, kunnen er in de praktijk afwijkingen optreden [4](#page=4) [5](#page=5) [6](#page=6): * **Hoge concentraties**: Vanaf circa 0.01 M kunnen interacties tussen deeltjes de absorptie beïnvloeden. De ijklijn kan hierdoor afbuigen [4](#page=4) [6](#page=6). * **Chemische veranderingen**: Dissociatie, associatie of complexvorming die afhankelijk is van concentratie (bv. pH-veranderingen) kan de lineariteit verstoren. Het werken in gebufferde oplossingen is vaak een oplossing om de effectieve concentratie van de absorberende vorm constant te houden [4](#page=4) [6](#page=6). * **Niet-monochromatisch licht**: De wet geldt strikt voor licht van één golflengte. Te brede golflengtebanden (polychromatisch licht) kunnen, zeker als de absorptiecoëfficiënt sterk varieert, afwijkingen veroorzaken [4](#page=4) [6](#page=6). ### 3.3 Instrumentatie van een spectrofotometer Een spectrofotometer bestaat uit de volgende onderdelen [4](#page=4): 1. **Lichtbron**: Een wolfraamlamp voor het zichtbare gebied (320-3000 nm) of een deuteriumlamp voor het UV-gebied (180-375 nm) [4](#page=4). 2. **Monochromator**: Een prisma, rooster of filter dat één specifieke golflengte isoleert [4](#page=4). 3. **Cuvet**: Houder voor de vloeistof. Kwarts voor UV-metingen, glas voor zichtbaar licht [4](#page=4). 4. **Detector**: Zet lichtintensiteit om in een elektrisch signaal (bv. fotomultiplicatorbuis) [4](#page=4). Tijdens de uitvoering wordt altijd gemeten ten opzichte van een blanco (oplosmiddel + reagentia, zonder te analyseren stof) om absorptie door het oplosmiddel en reflectie te corrigeren [4](#page=4) [9](#page=9). ### 3.4 Kwantitatieve analyse met spectrofotometrie De kwantitatieve analyse, met name voor anorganische bestanddelen, verloopt typisch in vijf stappen [8](#page=8) [9](#page=9): 1. **Omzetten in een gekleurde verbinding**: Weinig anorganische ionen absorberen sterk in het zichtbare gebied, dus het bestanddeel wordt chemisch omgezet in een gekleurde verbinding (vaak een complex) met behulp van selectieve kleurreacties. Eisen aan deze reactie zijn specificiteit, stabiliteit, reproduceerbaarheid, afwezigheid van neerslag en bekende invloed van externe factoren (pH, temperatuur etc.) [8](#page=8) [9](#page=9). 2. **Bepalen van de golflengte van maximale absorptie ($\lambda_{\text{max}}$)**: Het absorptiespectrum wordt opgenomen om de $\lambda_{\text{max}}$ te bepalen [8](#page=8) [9](#page=9). * **Waarom meten bij $\lambda_{\text{max}}$?** * **Gevoeligheid**: Maximale absorptie per eenheid concentratie [8](#page=8) [9](#page=9). * **Nauwkeurigheid**: Vlak verloop in de piek minimaliseert fouten door kleine golflengteafwijkingen van het instrument [8](#page=8) [9](#page=9). 3. **Opstellen van een ijklijn (Standaardisatie)**: Metingen van standaardoplossingen met bekende concentraties bij $\lambda_{\text{max}}$. De absorptie wordt uitgezet tegen de concentratie om de lineariteit te controleren en de ijklijn te verkrijgen. Metingen gebeuren steeds ten opzichte van een blanco [9](#page=9). 4. **Meten van de onbekende oplossing**: De absorptie van de onbekende oplossing wordt gemeten onder dezelfde condities als de standaarden. Indien de absorptie te hoog is en buiten het lineaire gebied valt, moet de oplossing eerst verdund worden [9](#page=9). 5. **Berekening van de concentratie**: De concentratie van de onbekende wordt afgeleid uit de gemeten absorptie en de ijklijn, meestal via interpolatie of regressielijn [9](#page=9). > **Tip**: Zorg ervoor dat bij alle metingen, zowel voor standaarden als voor onbekende oplossingen, dezelfde cuvet en dezelfde omstandigheden (golflengte, temperatuur, pH) worden gebruikt om reproduceerbare resultaten te verkrijgen. > **Voorbeeld**: Het bepalen van ijzer (Fe²⁺) met o-fenantroline levert een intens rood complex op. Eerst wordt de $\lambda_{\text{max}}$ bepaald voor dit complex. Daarna worden standaardoplossingen met bekende concentraties ijzer behandeld met o-fenantroline, hun absorptie gemeten bij $\lambda_{\text{max}}$, en een ijklijn opgesteld. Vervolgens wordt de absorptie van een onbekende ijzeroplossing gemeten en de concentratie daarvan afgeleid via de ijklijn. --- # Atoomabsorptie- en Atoomemissiespectrometrie (AAS en AES) Dit onderwerp behandelt de principes, apparatuur en interferenties van AAS en AES, twee belangrijke technieken voor elementanalyse, waarbij vlamfotometrie apart wordt besproken als een variant van AES. ### 4.1 Algemene principes van AAS en AES Atoomabsorptie- en atoomemissiespectrometrie zijn analytische methoden die worden gebruikt om de concentraties van elementen, voornamelijk metalen, te bepalen door middel van de interactie van atomen met elektromagnetische straling. Beide technieken zijn gebaseerd op het principe dat energieniveaus in atomen gekwantiseerd zijn, wat betekent dat atomen specifieke energiehoeveelheden kunnen absorberen of uitzenden, corresponderend met specifieke golflengten [9](#page=9). #### 4.1.1 De resonantielijn Voor zowel AAS als AES is de resonantielijn cruciaal. Dit is de spectraallijn die overeenkomt met de overgang tussen de grondtoestand en het laagste excitatieniveau van een atoom. Omdat deze overgang de minste energie vereist, is het doorgaans de meest intense lijn die een element kan zenden of absorberen [9](#page=9). #### 4.1.2 Atoom versus molecuul In tegenstelling tot moleculen, die bandenspectra vertonen door rotatie- en vibratieniveaus, produceren atomen een lijnenspectrum, gekenmerkt door scherpe, discrete lijnen [10](#page=10). ### 4.2 Atoomabsorptiespectrometrie (AAS) #### 4.2.1 Principe AAS meet de absorptie van licht door vrije atomen die zich in de grondtoestand bevinden. Het proces kan worden weergegeven als [10](#page=10): $M_{\text{(grondtoestand)}} + h\nu \rightarrow M^{\ast}_{\text{(aangeslagen toestand)}}$ [10](#page=10). Er bestaat een lineair verband tussen de absorptie en de concentratie van atomen in de grondtoestand, zoals beschreven door de wet van Lambert-Beer [10](#page=10). #### 4.2.2 Apparatuur en werking De opstelling van AAS lijkt op die van een spectrofotometer, maar bevat specifieke componenten voor de analyse van atomen [10](#page=10). ##### 4.2.2.1 Lichtbron: Holle Kathode Lamp (HKL) Omdat atomen zeer smalle absorptielijnen vertonen, is een specifieke lichtbron nodig die exact de juiste golflengte uitzendt. De HKL bevat een kathode gemaakt van het te bepalen element en is gevuld met een edelgas (zoals Ar of Ne). Door een spanning aan te leggen, ioniseert het gas, bombarderen de ionen de kathode, waardoor metaalatomen worden losgerukt via sputtering. Deze metaalatomen zenden vervolgens de karakteristieke straling van het element uit. Een nadeel is dat voor elk te bepalen element een aparte lamp nodig is, wat het een één-element methode maakt [10](#page=10). ##### 4.2.2.2 Atoomcel (Atomisatie) Dit is de cruciale stap waarin het monster wordt omgezet in neutrale atomen ($M^0$). Het proces omvat het verdampen van het solvent, de vervluchtiging van de vaste deeltjes en de dissociatie tot vrije atomen. Er zijn twee hoofdtypen atomisatieapparatuur [10](#page=10): * **Vlam-AAS:** Maakt gebruik van een verstuiver en een brander. Een lucht-acetyleen vlam met een temperatuur van ongeveer 2300°C is standaard. Voor moeilijk te atomiseren (refractaire) elementen, zoals aluminium (Al), die stabiele oxiden vormen, is een hetere lachgas-acetyleen vlam (ongeveer 3000°C) vereist. De gevoeligheid van vlam-AAS ligt op het ppm-niveau [10](#page=10). * **Grafietoven-AAS:** Atomisatie vindt plaats in een elektrisch verwarmd grafietbuisje. Doordat de atomen langer in het lichtpad verblijven, is de gevoeligheid van deze methode aanzienlijk hoger, tot op het ppb-niveau [10](#page=10). ##### 4.2.2.3 Dispersiesysteem (Chopper & Monochromator) Een chopper, vaak een draaiende sectorspiegel, moduleert het licht van de lamp en splitst de bundel, waardoor een dubbelstraalsysteem ontstaat. Dit stelt de detector in staat onderscheid te maken tussen het licht van de lamp en de emissie van de vlam of oven. De monochromator, geplaatst achter de atoomcel, isoleert de specifieke resonantielijn van het te bepalen element uit het totale spectrum [10](#page=10). ##### 4.2.2.4 Detector Meestal wordt een fotomultiplicatorbuis (PMT) gebruikt om het gedetecteerde lichtsignaal om te zetten in een elektrisch signaal (stroom) [10](#page=10). #### 4.2.3 Interferenties bij AAS Interferenties zijn factoren die de populatie van vrije atomen in de grondtoestand beïnvloeden, anders dan de concentratie van het element zelf. Ze kunnen de absorptiemetingen beïnvloeden en leiden tot foutieve resultaten. Interferenties worden onderverdeeld in spectraalinterferenties en niet-spectraalinterferenties [13](#page=13). ##### 4.2.3.1 Spectraalinterferenties Deze storingen ontstaan wanneer de straling van de lichtbron wordt beïnvloed door andere componenten in het monster (de matrix) dan het te bepalen element [13](#page=13). * **Oorzaak:** De belangrijkste oorzaken zijn verstrooiing van licht door vaste deeltjes in de atoomcel en moleculaire absorptie door moleculen die niet volledig geatomiseerd zijn [14](#page=14). * **Gevolg:** Dit leidt tot niet-specifieke achtergrondabsorptie, waardoor de detector minder licht meet en ten onrechte de indruk wekt dat het analiet dit licht heeft geabsorbeerd. Dit resulteert in een positieve fout (een te hoog meetresultaat) [14](#page=14). * **Oplossing:** Correctie voor deze achtergrondabsorptie is noodzakelijk en wordt vaak uitgevoerd met ingebouwde correctiesystemen, zoals deuterium-achtergrondcorrectie in moderne instrumenten [14](#page=14). ##### 4.2.3.2 Niet-spectraalinterferenties Deze interferenties beïnvloeden het atomisatieproces zelf, wat resulteert in een verandering van de populatie vrije atomen in de grondtoestand die het lichtpad passeren [14](#page=14). A. **Chemische Interferenties (Vorming van stabiele verbindingen)** Dit treedt op wanneer het te bepalen element in de atoomcel reageert met andere componenten (anionen) en thermisch stabiele verbindingen vormt die moeilijk dissociëren tot atomen [14](#page=14). * **Mechanisme:** Er worden verbindingen gevormd die in de atoomcel minder makkelijk geatomiseerd worden, wat leidt tot een lagere concentratie van vrije atomen en dus een verminderde gevoeligheid van de meting [14](#page=14). * **Voorbeelden:** * **Refractaire elementen:** Elementen zoals Aluminium (Al) vormen stabiele oxiden met zuurstof in de vlam [14](#page=14). * **Calcium-fosfaat:** Bij de bepaling van Calcium (Ca²⁺) in aanwezigheid van fosfaat (PO₄³⁻) kan een stabiel calciumfosfaatcomplex ontstaan dat in een standaard vlam niet volledig uiteenvalt [14](#page=14). * **Oplossingen:** * **Hogere temperatuur:** Het gebruik van een hetere vlam, zoals lachgas-acetyleen (ongeveer 3000°C) in plaats van lucht-acetyleen (2300°C), kan helpen om refractaire verbindingen te breken [14](#page=14). * **Toevoegen van 'Releasing Agents' (Hulpcomplexvormers):** Een overmaat van een ander metaal dat nog sterker bindt met het storende anion kan worden toegevoegd. Bijvoorbeeld, Lanthaan (La³⁺) kan worden toegevoegd bij een calciumbepaling om fosfaat te binden, waardoor calcium vrijkomt. EDTA kan ook als hulpcomplexvormer fungeren [14](#page=14). B. **Ionisatie-interferenties** AAS meet atomen in de grondtoestand. Wanneer atomen geïoniseerd raken, absorberen ze niet meer bij de specifieke atoomlijnen [14](#page=14). * **Oorzaak:** Bij te hoge temperaturen in de vlam of oven kan een atoom een elektron verliezen en een ion worden ($M^0 \rightarrow M^+ + e^-$). Dit komt vooral voor bij elementen met een lage ionisatie-energie, zoals alkalimetalen (bv. Na, K) [14](#page=14). * **Gevolg:** De populatie van atomen in de grondtoestand daalt, waardoor het absorptiesignaal en de gevoeligheid afnemen [15](#page=15). * **Oplossing:** Het toevoegen van een ionisatiebuffer, een element dat nog makkelijker ioniseert dan het te bepalen element (bv. Cesium (Cs) bij de bepaling van Na of K), kan dit voorkomen. De cesium levert een grote overmaat aan elektronen ($e^-$) in de vlam, wat het evenwicht van het te bepalen element terugdringt naar de atoomvorm ($M^0$) [15](#page=15). ### 4.3 Atoomemissiespectrometrie (AES) #### 4.3.1 Principe AES meet de emissie van licht door atomen die vanuit een aangeslagen toestand terugvallen naar de grondtoestand. Het proces kan worden weergegeven als [11](#page=11): $M^{\ast}_{\text{(aangeslagen toestand)}} \rightarrow M_{\text{(grondtoestand)}} + h\nu$ [11](#page=11). De excitatie van de atomen wordt bewerkstelligd door thermische energie (hitte). De intensiteit van de emissie is recht evenredig met de concentratie van het element in het monster [11](#page=11). #### 4.3.2 Varianten en Excitatie Er zijn verschillende methoden om atomen te exciteren voor emissiespectrometrie: 1. **Vlamfotometrie:** * Gebruikt een vlam (bv. lucht-propaan, ongeveer 1900°C) als excitatiebron [11](#page=11) [12](#page=12). * De vlam heeft hier een dubbele functie: atomiseren en exciteren [12](#page=12). * Vanwege de relatief lage temperatuur worden voornamelijk alkali- en aardalkalimetalen (zoals Na, K, Li, Ca) efficiënt geëxciteerd [11](#page=11) [12](#page=12). 2. **Inductief Gekoppeld Plasma (ICP-AES):** * Gebruikt een argonplasma dat temperaturen tot wel 10.000°C kan bereiken [11](#page=11). * Door deze extreem hoge temperatuur kunnen vrijwel alle metalen, inclusief refractaire elementen, worden geëxciteerd. Bovendien treden er nauwelijks chemische interferenties op [11](#page=11). * Een belangrijk voordeel van ICP-AES is dat het een multi-element methode is, waardoor meerdere elementen tegelijkertijd kunnen worden gemeten [11](#page=11). #### 4.3.3 Verschillen in apparatuur t.o.v. AAS * **Lichtbron:** AES-systemen hebben geen externe lichtbron nodig, aangezien de geëxciteerde atomen in de vlam of plasma zelf de lichtbron vormen. Dit staat in contrast met AAS, waar een specifieke holle kathodelamp per element wordt gebruikt [11](#page=11). * **Monochromator:** In AES-systemen dient de monochromator om de specifieke emissielijn van het te bepalen element te isoleren uit het totale spectrum van de vlam of het plasma [11](#page=11). #### 4.3.4 Interferenties bij AES Interferenties bij AES kunnen zowel niet-spectrale (chemische en ionisatie) als spectrale interferenties omvatten [11](#page=11) [15](#page=15). ##### 4.3.4.1 Niet-Spectraalinterferenties Deze storingen beïnvloeden het atomisatie- en excitatieproces, wat resulteert in een verandering van de hoeveelheid vrije, geëxciteerde atomen [15](#page=15). A. **Chemische Interferenties (Vorming van verbindingen)** Dit treedt op wanneer vrije atomen in de vlam reageren met componenten van de vlam of het monster en stabiele moleculen vormen. Moleculen zenden geen licht uit bij de specifieke atoomlijnen, wat leidt tot een verlaging van de gevoeligheid [15](#page=15). * **Voorbeelden:** * **Oxide- en Hydroxidevorming:** Atomen kunnen reageren met zuurstof (O) of hydroxide-radicalen (OH) in de vlam (bv. $Ca^0 + O \rightarrow CaO$) [15](#page=15). * **Vorming van vuurvaste zouten:** Anionen in de matrix (zoals fosfaat of sulfaat) kunnen met het metaal reageren tot verbindingen die moeilijk dissociëren in de vlam [15](#page=15). * **Invloed van temperatuur:** Chemische interferenties zijn vooral een probleem bij vlamfotometrie (lagere temperatuur, ca. 1900-2300°C). Bij ICP-AES (tot 10.000°C) worden stabiele verbindingen afgebroken, waardoor chemische interferenties hier nauwelijks voorkomen [16](#page=16). B. **Ionisatie-interferenties** AES vereist neutrale atomen ($M^0$) voor correcte emissie. Als de temperatuur te hoog is voor een specifiek element, kan het atoom een elektron verliezen en een ion worden ($M^0 \rightarrow M^+ + e^-$) [16](#page=16). * **Gevolg:** Calciumionen ($Ca^+$) zenden licht uit bij een andere golflengte dan Calciumatomen ($Ca^0$). Als een deel van het calcium ioniseert, wordt er minder emissie gemeten bij de atoomlijn, wat resulteert in een te laag gemeten waarde [16](#page=16). * **Voorkomen:** Dit komt vooral voor bij elementen met een lage ionisatie-energie, zoals de alkalimetalen (Na, K) [16](#page=16). * **Oplossing:** Het toevoegen van een ionisatiebuffer (een element dat nog makkelijker ioniseert, zoals Cesium) zorgt voor een overmaat aan elektronen in de vlam, wat het evenwicht terugdringt naar de atoomvorm [16](#page=16). ##### 4.3.4.2 Spectraalinterferenties Deze storingen ontstaan wanneer het licht dat de detector bereikt niet alleen afkomstig is van het te bepalen element, maar ook van andere bronnen [16](#page=16). A. **Lijnoverlap (Coïncidentie)** Matrixelementen kunnen licht uitzenden bij een golflengte die heel dicht bij de golflengte van het te bepalen element ligt [16](#page=16). * **Invloed van techniek:** * Bij vlamfotometrie zijn de spectra relatief eenvoudig, waardoor lijnoverlap minder vaak voorkomt, hoewel de resolutie afhankelijk is van de kwaliteit van de monochromator [16](#page=16). * Bij ICP-AES is dit een veel groter probleem. Door de zeer hoge temperatuur worden atomen naar veel verschillende energieniveaus geëxciteerd, wat leidt tot zeer lijnrijke en complexe spectra [16](#page=16). * **Oplossing:** Het gebruik van een monochromator met een zeer hoge resolutie is noodzakelijk om de lijnen te scheiden [16](#page=16). B. **Achtergrondstraling** De vlam of het plasma zelf zendt ook continu licht uit, en matrixcomponenten kunnen zorgen voor een brede achtergrondemissie (bandenspectra van moleculen) [16](#page=16). * **Gevolg:** Het gemeten signaal is de som van de atoomemissie en de achtergrond, wat leidt tot een positieve fout [16](#page=16). ### 4.4 Vlamfotometrie Vlamfotometrie wordt beschouwd als een variant van AES en is een analytische methode die gebaseerd is op de emissie van stralingsenergie door atomen die zich in een aangeslagen toestand bevinden [12](#page=12). #### 4.4.1 Definitie en Principe In tegenstelling tot AAS, waar de absorptie van licht door atomen in de grondtoestand wordt gemeten, meet vlamfotometrie de intensiteit van het licht dat atomen uitzenden wanneer ze vanuit een hogere energietoestand terugvallen naar de grondtoestand. Omdat atoomenergieniveaus gekwantiseerd zijn, zenden de atomen specifieke golflengten uit, resulterend in een lijnenspectrum. De intensiteit van deze straling is recht evenredig met de concentratie van het element in het monster [12](#page=12). #### 4.4.2 De Vlam en Toepassingsgebied De vlam dient bij vlamfotometrie als excitatiebron. Er wordt doorgaans een vlam met een relatief lage temperatuur gebruikt, zoals een lucht-propaan vlam (ongeveer 1900°C). Vanwege deze beperkte temperatuur is vlamfotometrie voornamelijk geschikt voor elementen die gemakkelijk geëxciteerd kunnen worden, zoals de alkalimetalen (bv. Natrium en Kalium) en de aardalkalimetalen (bv. Calcium) [12](#page=12). #### 4.4.3 Het Proces in de Vlam Wanneer een monsteroplossing in de vlam wordt verstoven, treden er opeenvolgende stappen op die leiden tot emissie. Het fundamentele verschil met AAS is dat de vlam hier niet alleen voor atomisatie, maar ook voor excitatie zorgt [12](#page=12) [13](#page=13). 1. **Verdampen van het solvens:** Het oplosmiddel verdampt uit de neveldeeltjes, waardoor vaste zoutdeeltjes overblijven ($CaCl_2\text{(vl)} \rightarrow CaCl_2\text{(v)}$) [12](#page=12). 2. **Vervluchtiging:** De vaste deeltjes gaan over in de gasfase ($CaCl_2\text{(v)} \rightarrow CaCl_2\text{(g)}$) [12](#page=12). 3. **Dissociatie (Atomisatie):** De gasmoleculen vallen uiteen in neutrale, vrije atomen ($CaCl_2\text{(g)} \rightarrow Ca^0 + Cl^0$) [12](#page=12). 4. **Excitatie:** Door de thermische energie van de vlam worden de atomen in de grondtoestand naar een hoger energieniveau gebracht ($Ca^0 \rightarrow Ca^{0\ast}$) [12](#page=12). 5. **Emissie:** Het aangeslagen atoom is instabiel en valt terug naar de grondtoestand, waarbij het energieoverschot wordt uitgezonden als licht met een specifieke golflengte (de resonantielijn) [13](#page=13). #### 4.4.4 Apparatuur Een vlamfotometer lijkt op een AAS-toestel, maar mist een externe lichtbron [13](#page=13). * **Verstuiver en Brander:** Zet het monster om in een aerosol en voert het in de vlam [13](#page=13). * **Monochromator:** Kan een filter, prisma of rooster zijn en isoleert de specifieke emissielijn (resonantielijn) van het element [13](#page=13). * **Detector:** Meestal een fotomultiplicator die de lichtintensiteit meet [13](#page=13). #### 4.4.5 Interferenties bij Vlamfotometrie Net als bij andere spectrometrische technieken kunnen er storingen optreden [13](#page=13). * **Niet-spectrale (Chemische) interferenties:** * **Vorming van verbindingen:** Atomen kunnen reageren met componenten in de vlam (bv. zuurstof of hydroxiden) tot stabiele oxiden of hydroxiden (bv. $Ca^0 + O \rightarrow CaO$), waardoor minder vrije atomen beschikbaar zijn voor emissie [13](#page=13). * **Ionisatie:** Als de vlamtemperatuur te hoog is voor het specifieke element, kan het atoom een elektron verliezen en een ion worden ($Ca^0 \rightarrow Ca^+ + e^-$). Ionen zenden licht uit bij andere golflengten dan atomen, wat het meetsignaal verlaagt [13](#page=13). * **Spectrale interferenties:** * Matrixcomponenten kunnen licht uitzenden bij een golflengte die dicht bij de resonantielijn van het te bepalen element ligt [13](#page=13). * Achtergrondstraling van de vlam zelf kan storen en vereist correctie [13](#page=13). #### 4.4.6 Samenvatting van het verschil met AAS Het cruciale verschil zit in de rol van de vlam. Bij AAS dient de vlam uitsluitend voor atomisatie, terwijl de absorptie van licht van een externe bron wordt gemeten. In vlamfotometrie (AES) moet de vlam zowel voor atomisatie als voor excitatie zorgen, waarna de emissie van het geëxciteerde atoom wordt gemeten [13](#page=13). ### 4.5 Samenvattende Vergelijking: AAS versus AES/ICP | Kenmerk | AAS (Absorptie) | AES / ICP (Emissie) | | :------------------- | :------------------------------------------------------------- | :-------------------------------------------------------------------------------- | | Wat wordt gemeten? | Absorptie door atomen in grondtoestand. | Emissie door atomen in aangeslagen toestand. | | Lichtbron | Holle Kathode Lamp (specifiek per element). | Geen externe lamp nodig (thermische excitatie). | | Analyse | Eén element per keer (sequentieel). | Multi-element (simultaan) mogelijk (vooral ICP). | | Gevoeligheid | Grafietoven AAS (ppb) > Vlam AAS (ppm). | ICP (beter dan vlam AAS, minder dan grafietoven AAS). | | Temperatuur | Vlam moet enkel atomiseren (ongeveer 2000-3000°C). | Vlam/Plasma moet ook exciteren (tot 10.000°C bij ICP). | | Matrixeffecten | Sterker aanwezig (vooral in vlam). | Minder chemische interferenties bij ICP door hoge T. | ### 4.6 Stap-voor-stap analyseprocedure (Algemeen, van toepassing op AAS/AES met vlam) Deze procedure beschrijft de algemene stappen voor het bepalen van de concentratie van een stof met behulp van spectrometrische technieken waarbij een ijklijn wordt opgesteld [9](#page=9). 1. **Voorbereiding van het monster:** Het monster wordt zo nodig behandeld om het in een geschikte oplossing te brengen [9](#page=9). 2. **Bepalen van de golflengte van maximale absorptie (λmax) (voor AAS):** Het absorptiespectrum van de gekleurde verbinding wordt opgenomen om de golflengte met de maximale absorptie te identificeren [9](#page=9). * **Waarom meten bij λmax?** * **Gevoeligheid:** De absorptie is het hoogst per eenheid concentratie, wat de grootste gevoeligheid oplevert [9](#page=9). * **Nauwkeurigheid:** In de top van de curve is het verloop relatief vlak. Kleine afwijkingen in de golflengte-instelling van het instrument hebben hierdoor de minste invloed op de gemeten absorptie, wat de fout minimaliseert [9](#page=9). 3. **Opstellen van een ijklijn (Standaardisatie):** Een reeks standaardoplossingen met nauwkeurig gekende concentraties wordt bereid. Van deze standaarden wordt de absorptie (voor AAS) of emissie (voor AES) gemeten bij de vastgestelde λmax (of relevante golflengte) [9](#page=9). * **Controle:** De gemeten waarden worden uitgezet tegen de concentratie om een ijklijn te verkrijgen. De lineariteit van dit verband wordt gecontroleerd, aangezien volgens de wet van Lambert-Beer ($A = a \cdot b \cdot C$) dit rechtlijnig moet zijn en door de oorsprong gaat [9](#page=9). * **Blanco:** Bij alle metingen (standaarden en onbekenden) wordt de lichtintensiteit vergeleken met die van een blanco oplossing (alle reagentia en oplosmiddel, maar geen te meten stof). Dit corrigeert voor absorptie door het solvent en reflectie op de cuvetwanden [9](#page=9). 4. **Meten van de onbekende oplossing:** De absorptie of emissie van de oplossing met de onbekende concentratie wordt gemeten onder dezelfde condities als de standaarden [9](#page=9). * **Aandachtspunt:** Als de gemeten absorptie te hoog is en buiten het lineaire gebied van de ijklijn valt (afwijkingen van de wet van Lambert-Beer treden op bij hoge concentraties), moet de onbekende oplossing eerst verdund worden voor een betrouwbare meting [9](#page=9). 5. **Berekening van de concentratie:** Met behulp van de ijklijn en de gemeten waarde van de onbekende wordt de concentratie afgeleid, meestal via interpolatie op de grafiek of berekening met de regressielijnvergelijking [9](#page=9). --- # Potentiometrie en potentiometrische titraties Dit onderdeel legt de basisprincipes van potentiometrie uit, inclusief de rol van referentie- en indicatorelektroden, en beschrijft de toepassing van potentiometrische titraties in verschillende soorten analyses. ### 5.1 Basisprincipe van potentiometrie Potentiometrie is een elektrochemische analysemethode die gebaseerd is op het meten van het potentiaalverschil tussen twee elektroden in een oplossing. Deze meting geschiedt via de Elektromotorische Kracht (EMK) van een galvanische cel, bij voorkeur zonder dat er een significante stroom door de cel vloeit (nulstroommethode) [17](#page=17). Een potentiometrische celopstelling bestaat uit drie essentiële onderdelen: 1. **Referentie-elektrode**: Een elektrode waarvan het potentiaal constant en nauwkeurig bekend is, onafhankelijk van de samenstelling van de te meten oplossing [17](#page=17). 2. **Indicator-elektrode**: Een elektrode waarvan het potentiaal verandert in functie van de concentratie (of activiteit) van specifieke ionen in de oplossing [17](#page=17). 3. **Zoutbrug**: Zorgt voor elektrisch contact tussen de twee halfcellen, voorkomt vermenging van de vloeistoffen en minimaliseert de junctiepotentiaal [17](#page=17). ### 5.2 Elektroden Voor potentiometrische metingen worden specifieke soorten elektroden gebruikt. #### 5.2.1 Referentie-elektroden Vanwege de onpraktische aard van de standaard waterstofelektrode (SHE) in de praktijk, worden robuustere alternatieven gebruikt. Veelvoorkomende referentie-elektroden zijn [17](#page=17): * **Kalomelelektrode**: Bestaat uit kwik (Hg) in contact met kalomel (Hg₂Cl₂) en een KCl-oplossing. Het potentiaal blijft constant zolang de chlorideconcentratie gelijk blijft (meestal verzadigd KCl) [17](#page=17). * **Zilver/Zilverchloride-elektrode**: Een zilveren elektrode die bedekt is met AgCl en zich in een verzadigde KCl-oplossing bevindt [17](#page=17). #### 5.2.2 Indicator-elektroden Deze elektroden zijn specifiek gevoelig voor het te bepalen ion. * **Redox-elektroden**: Gebruiken een inert metaal, zoals platina (Pt), dat elektronen kan uitwisselen met redoxkoppels in de oplossing. Het potentiaal volgt de Nernst-vergelijking: $$E = E^0 + \frac{0.059}{n} \log \frac{[\text{Red}]}{[\text{Ox}]}$$ Hierbij staat $E$ voor het gemeten potentiaal, $E^0$ voor het standaard elektrode potentiaal, $n$ voor het aantal overgedragen elektronen, en de logaritme van de verhouding van de geoxideerde en gereduceerde vorm [17](#page=17). * **Ionselectieve Elektroden (ISE)**: Dit zijn elektroden die specifiek reageren op de activiteit van één bepaald ion. * **Glaselektrode (voor pH)**: De meest bekende ISE. Een dun glasmembraan scheidt een interne oplossing van de te meten oplossing. Ionenuitwisseling aan het glasoppervlak (bijvoorbeeld Na⁺ in het glas met H⁺ uit de oplossing) leidt tot een membraanpotentiaal die de pH-wet volgt: $$E = E'^0 - 0.059 \text{pH}$$ Hierbij is $E'^0$ een constante die afhangt van de interne elektrode en oplossing [18](#page=18). * **Vaste fase elektroden**: Maken gebruik van een membraan van een vast materiaal, zoals LaF₃ voor de fluoride-elektrode. Deze elektrode is zeer selectief voor F⁻, maar werkt optimaal tussen pH 5 en 7. Bij lagere pH ontstaat HF, dat niet wordt gemeten, en bij hogere pH interfereert OH⁻ [18](#page=18). * **Vloeistofmembraanelektroden**: Gebruiken een vloeibare ionenwisselaar, bijvoorbeeld voor de bepaling van Ca²⁺ [18](#page=18). ### 5.3 Directe potentiometrie Bij de directe methode wordt de concentratie van een stof rechtstreeks afgeleid uit de gemeten elektrodepotentiaal, met behulp van een ijklijn [18](#page=18). * **Toepassing**: De meest voorkomende toepassing is de pH-meting met een glaselektrode [18](#page=18). * **Aandachtspunten**: Ionselectieve elektroden meten activiteiten, geen concentraties. Om dit te corrigeren, kan een TISAB (Total Ionic Strength Adjustment Buffer) worden toegevoegd. Deze buffer stabiliseert de ionensterkte en pH, en bevat een hulpcomplexvormer om storende metaal-fluoride complexen te voorkomen, waardoor de totale fluorideconcentratie gemeten kan worden [18](#page=18). ### 5.4 Potentiometrische titratie Potentiometrische titratie is de meest toegepaste methode binnen de kwantitatieve analyse met potentiometrie. Hierbij wordt het potentiaal (E) of de celspanning gemeten in functie van het toegevoegde volume titratievloeistof [18](#page=18). #### 5.4.1 Werkwijze Reagens wordt stapsgewijs toegevoegd, waarbij na elke toevoeging de potentiaal wordt genoteerd. Vervolgens wordt de potentiaal uitgezet tegen het toegevoegde volume om een titratiecurve te verkrijgen [18](#page=18). * **Equivalentiepunt (EP)**: Bij het EP treedt een abrupte potentiaal sprong (buigpunt) op in de curve [18](#page=18). * **Eindpuntbepaling**: Het eindpunt kan worden bepaald door: 1. Het buigpunt van de sigmoïdale curve [18](#page=18). 2. De piek van de eerste afgeleide ($\Delta E / \Delta V$) [18](#page=18). 3. Het nulpunt van de tweede afgeleide ($\Delta^2 E / \Delta V^2$) [18](#page=18). #### 5.4.2 Soorten potentiometrische titraties Bijna elk type titratie kan potentiometrisch worden gevolgd, mits er een geschikte indicatorelektrode beschikbaar is [18](#page=18). * **Zuur-base titraties**: Een glaselektrode wordt gebruikt. De titratiecurve toont een pH-sprong. Deze methode kan ook gebruikt worden om de pKa van farmaca te bepalen [18](#page=18). * **Redoxtitraties**: Een platina-elektrode wordt ingezet. De potentiaal sprong wordt bepaald door de verhouding tussen oxidant en reductans [18](#page=18). * **Neerslagtitraties**: Een elektrode die gevoelig is voor een van de ionen wordt gebruikt. Een zilverelektrode (Ag/Ag⁺) kan bijvoorbeeld worden ingezet voor de bepaling van halogeniden (Cl⁻, Br⁻) [18](#page=18). * **Complexometrische titraties**: Vaak worden ionselectieve elektroden gebruikt die gevoelig zijn voor het metaalion, of een specifieke Hg/Hg-EDTA elektrode [18](#page=18). #### 5.4.3 Voordelen ten opzichte van visuele indicatoren * Bruikbaar in troebele of sterk gekleurde oplossingen waar een kleuromslag van een visuele indicator niet zichtbaar zou zijn [19](#page=19). * Geschikt voor zwakke zuren of basen waarbij de pH-sprong te klein is voor een visuele indicator [19](#page=19). * Gemakkelijk te automatiseren [19](#page=19). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Elektromagnetische straling | Een vorm van energie die zich door de ruimte voortplant in de vorm van golven, bestaande uit een oscillerend elektrisch en magnetisch veld. Deze straling omvat een breed spectrum van golflengten, van radiogolven tot gammastraling. | | Golfkarakter | Het aspect van elektromagnetische straling dat beschrijft hoe het zich gedraagt als een golf, met eigenschappen zoals frequentie, golflengte en snelheid, wat fenomenen als breking en diffractie verklaart. | | Deeltjeskarakter (Fotonen) | Het aspect van elektromagnetische straling dat beschrijft hoe het bestaat uit discrete energiepakketjes, fotonen of kwanta genoemd, waarbij de energie van elk foton recht evenredig is met de frequentie van de straling. | | Frequentie (ν) | Het aantal golven dat per seconde een vast punt passeert, uitgedrukt in Hertz (Hz) of s⁻¹. Dit is een fundamentele eigenschap van straling die gerelateerd is aan de energie ervan. | | Golflengte (λ) | De afstand tussen twee opeenvolgende overeenkomstige punten van een golf, zoals twee toppen, uitgedrukt in meters of nanometers. Het is omgekeerd evenredig met de frequentie. | | Constante van Planck (h) | Een fundamentele natuurkundige constante die de relatie tussen de energie van een foton en zijn frequentie beschrijft. De waarde is ongeveer $6,626 \times 10^{-34}$ J⋅s. | | Kwantisering van energie | Het principe dat atomen en moleculen slechts discrete energieniveaus kunnen bezitten. Energietransities vinden plaats door de absorptie of emissie van specifieke hoeveelheden energie (fotonen) die overeenkomen met de energieverschillen tussen deze niveaus. | | Atoomspectroscopie | Analytische technieken die de interactie van straling met individuele atomen bestuderen, wat resulteert in lijnenspectra omdat atomen geen vibratie- of rotatiemogelijkheden hebben. | | Moleculaire spectroscopie | Analytische technieken die de interactie van straling met moleculen bestuderen, waarbij elektronen-, vibratie- en rotatieovergangen kunnen plaatsvinden, wat leidt tot bandenspectra. | | Lijnenspectrum | Een absorptie- of emissiespectrum dat bestaat uit scherpe, discrete lijnen, karakteristiek voor de interactie van straling met atomen. | | Bandenspectrum | Een absorptie- of emissiespectrum dat bestaat uit brede banden, karakteristiek voor de interactie van straling met moleculen, als gevolg van gelijktijdige elektronen-, vibratie- en rotatieovergangen. | | Spectrofotometrie | Een kwantitatieve analytische techniek die gebaseerd is op de meting van de absorptie of transmissie van elektromagnetische straling door een monster, meestal in een oplossing. | | Wet van Lambert-Beer | Een fundamentele wet in de spectrofotometrie die het lineaire verband beschrijft tussen de absorptie van licht door een stof en de concentratie van die stof, evenals de weglengte van het licht door het monster. | | Absorptie (A) | Een maat voor de hoeveelheid licht die door een monster wordt geabsorbeerd, gerelateerd aan de transmissie via een logaritmische functie; ook wel extinctie of optische dichtheid genoemd. | | Transmissie (T) | De fractie doorgelaten licht na passage door een monster, gedefinieerd als de intensiteit van het uitgaande licht gedeeld door de intensiteit van het invallende licht ($T = I/I_0$). | | Molaire absorptiecoëfficiënt (ε) | Een maat voor de absorptie van licht door een stof bij een bepaalde golflengte, wanneer de concentratie wordt uitgedrukt in mol/l. De eenheid is l⋅mol⁻¹⋅cm⁻¹. | | Specifieke absorptiecoëfficiënt (a) | Een maat voor de absorptie van licht door een stof bij een bepaalde golflengte, wanneer de concentratie wordt uitgedrukt in g/l. De eenheid is l⋅g⁻¹⋅cm⁻¹. | | Absorptiespectrum | Een grafiek die de absorptie van een stof weergeeft als functie van de golflengte van de invallende straling. De vorm is karakteristiek voor de stof en wordt gebruikt voor identificatie. | | λmax | De golflengte waarbij de absorptie van een stof maximaal is, zoals bepaald uit het absorptiespectrum. Metingen bij λmax bieden de hoogste gevoeligheid en nauwkeurigheid. | | Atoomabsorptiespectrometrie (AAS) | Een analytische techniek die de absorptie van specifieke golflengten door vrije atomen in de grondtoestand meet om de concentratie van elementen te bepalen. | | Atoomemissiespectrometrie (AES) | Een analytische techniek die de emissie van licht door atomen meet wanneer deze vanuit een aangeslagen toestand terugvallen naar de grondtoestand, om de concentratie van elementen te bepalen. | | Vlamfotometrie | Een variant van AES die een vlam gebruikt als excitatiebron voor elementen die gemakkelijk geëxciteerd kunnen worden, voornamelijk alkalimetalen en aardalkalimetalen. | | Inductief Gekoppeld Plasma (ICP-AES) | Een geavanceerde AES-techniek die een argonplasma met zeer hoge temperatuur gebruikt om een breed scala aan elementen te exciteren en te meten, vaak multi-element analyse mogelijk makend. | | Interferentie | Een factor die de meting van een analiet beïnvloedt, waardoor de gemeten waarde niet nauwkeurig de werkelijke concentratie weerspiegelt. Interferenties kunnen spectraal of niet-spectraal (chemisch, ionisatie) zijn. | | Potentiometrie | Een elektrochemische analysemethode die het potentiaalverschil tussen twee elektroden in een oplossing meet om de concentratie (of activiteit) van specifieke ionen te bepalen, zonder dat er een significante stroom loopt. | | Referentie-elektrode | Een elektrode met een constante en bekende potentiaal die als referentiepunt dient bij potentiometrische metingen. Voorbeelden zijn de kalomelelektrode en de zilver/zilverchloride-elektrode. | | Indicator-elektrode | Een elektrode waarvan de potentiaal verandert in functie van de concentratie of activiteit van een specifiek ion in de oplossing. Voorbeelden zijn redox-elektroden en ionselectieve elektroden (ISE). | | Ionselectieve Elektroden (ISE) | Elektroden die selectief reageren op de activiteit van specifieke ionen in een oplossing, zoals de glaselektrode voor pH-meting of fluoride-elektrode voor F⁻-meting. | | Potentiometrische titratie | Een titratiemethode waarbij het potentiaalverschil tussen twee elektroden wordt gemeten als functie van het toegevoegde volume titratievloeistof, om het equivalentiepunt te bepalen. |