طیف سنجی نشر اتمی

در آنالیز طیف سنجی نشر اتمی ، طول موج نور نشر شده ناشی از الکترون های تهییج شده، متناسب با غلظت عناصر موجود در نمونه است. طبق رابطه زیر، تعداد اتم های برانگیخته با دما رابطه نمایی دارد. در نتیجه، شدت نشر هم تحت تاثیر تعداد اتم های برانگیخته می باشد و هم با دما رابطه دارد.

N_j/N₀=(g_j/g₀)e^-Ej/KT

در این معادله، N_j تعداد اتم های برانگیخته، N₀ تعداد اتم ها در حالت پایه، g_j و g₀ به ترتیب، وزن های آماری ترازهای برانگیخته و پایه، K ثابت بولتزمن و T دما برحسب درجه کلوین می باشد.

انواع طیف بینی نشر اتمی

انواع طیف بینی نشر اتمی را بسته به اینکه با چه روشی اتم های نمونه را برانگیخته کرده و باعث تهییج الکترون ها می شود، به صورت زیر دسته بندی می کنند.

شعله

در این روش، نمونه مورد نظر باید به صورت محلول باشد. محلول نمونه به شکل اسپری و یا مستقیما با یک حلقه سیمی (معمولا از جنس پلاتین) ، در معرض شعله قرار می گیرد. گرمای شعله نیرو محرکه برای تهییج اتم ها می باشد. اتم ها در هنگام بازگشت به حالت پایه نوری با طول موج معین از خود منتشر می کنند.

این نور با استفاده از یک منشور پخش می شود و در طیف سنج نشر اتمی مشاهده می شود. این روش برای آنالیزهای دارویی در تنظیم فلزات قلیایی کاربرد دارد.

پلاسمای جفت شده القایی

این روش، که به طور اختصاری ICP-AES نامگذاری می شود، از اشعه پلاسما برای برانگیختگی اتم ها استفاده می کند. اتم های تهییج شده، در طول موج های معینی تابش الکترومغناطیسی منتشر می کنند.

این روش قابلیت شناسایی چند عنصر، تداخل شیمیایی کم، حد تشخیص بسیار خوب و تکرارپذیری دارد. در مقابل، هزینه طیف بینی نشر اتمی با این روش بالا بوده، بسیاری از خطوط نشر شده تداخل طیفی دارند و اپراتور دستگاه باید به صورت حرفه ای برای انجام آنالیز آموزش ببیند.

قوس و جرقه

بر خلاف دو روش قبلی در این روش، عناصر فلزی در نمونه های جامد تعیین می شود. در نمونه های جامد نارسانا نیز آن ها را با پودر گرافیت آماده سازی می کنند تا مشکل رسانایی نمونه حل شود. در این روش برای برانگیختن اتم، از جرقه یا قوس الکتریکی استفاده می شود.

در مرحله بعد، طبق سایر روش ها، نور نشر شده ناشی از بازگشت اتم برانگیخته به حالت پایه مطالعه شده و مقدار عنصر نمونه تعیین می شود. در این روش به علت دادن گرمای بالا به نمونه، در پایان آنالیز نمونه از بین می رود.

تخلیه تابش

در این روش طیف بینی نشر اتمی ، از مکانیزم تخلیه و تابش برای آنالیز قطعات استفاده می شود. در این روش، پتانسیلی به اندازه 1kv بین دو الکترود اعمال می شود و گاز آرگون را به الکترون ها و یون های مثبت آرگون می شکند. الکترود، درون سلی شامل گاز آرگون با فشار کم در محدوده 10-1 تور قرار دارد. یون های آرگون در اثر تشکیل میدان الکتریکی یا میدان فرکانس رادیویی به سمت کاتدی که از جنس نمونه است، شتاب می گیرد. این یون ها پر انرژی می باشند و سطح نمونه را بمباران می کنند. در نتیجه این فرآیند، اتم های خنثی از سطح نمونه کنده می شود. در نهایت نوری با طول موج معین منتشر می شود که برای تعیین عناصر مورد آنالیز قرار می گیرد.

دستگاه طیف بینی نشر اتمی

اجزای دستگاه طیف سنج نشر اتمی به شرح زیر می باشد

منبع تهییج

وظیفه منبع تهییج در دستگاه طیف بيني نشر اتمي ، اتمایز کردن و تهییج اتم های ماده نمونه است. همانطور که گفته شد، این دستگاه ها بر اساس نوع منبع تهییج دسته بندی می گردند که می تواند از نوع شعله ای ، پلاسما یا جرقه ای باشد.

طیف سنج

این قسمت در دستگاه طیف بينی نشر اتمی اهمیت بالایی دارد چرا که طیف های نشری پیچیده و شلوغ می باشند. عناصر موجود در نمونه، پس از برانگیختگی به صورت هم زمان طیف های نشری خود را منتشر می کنند، به همین دلیل این روش آنالیز می تواند چندین عنصر را باهم اندازه گیری کند.

طیف سنج در دستگاه طیف سنج نشر اتمی از تکفام ساز، آشکارساز و مبدل تشکیل شده است.

انواع دستگاه طیف بینی نشر اتمی

این دستگاه ها با توجه به تفکیک طول موج و آنالیز عنصری به دو دسته تقسیم می شوند: طیف بینی نشر اتمی ترتیبی (Sequential AES) و هم زمان (Simultaneous AES).

در طیف بینی نشر اتمی ترتیبی ، در هر زمان، فقط یک عنصر شناسایی می شود که به صورت متوالی و پشت سر هم این کار انجام می گیرد. این دستگاه ها، یک توری دارند که طول موج های وارد شده به آن را بر روی شکاف خروجی متمرکز می کنند. در این دستگاه ها معمولا از آشکارساز PMT استفاده می شود. اگر برای شناسایی چند عنصر از دستگاه طیف سنج ترتیبی استفاده شود، زمان آنالیز طولانی تر می شود. این دستگاه ارزان قیمت و ساده می باشد اما مقدار نمونه لازم برای آنالیز باید زیاد باشد.

به دستگاه های طيف سنجي نشر اتمي هم زمان ، طیف سنج های چند کاناله (multichannel) نیز می گویند. این دستگاه برخلاف نوع ترتیبی ، همه عناصر را به صورت هم زمان شناسایی می کند. تابش خروجی با گذر از توری های چند رنگ کننده (polychromator) در این دستگاه، از شکاف های مختلف بازتابیده می شود. هر شکاف طول موج ویژه ای دارد. در پلی کروماتور از چند آشکارساز PMT استفاده می شود تا شدت طیفی را اندازه گیری کند.

مقایسه روش طیف بینی نشر اتمی با طیف سنج جذب اتمی

• در آنالیز طيف سنجي نشر اتمی می توان همه عناصر را به طور هم زمان شناسایی کرد. این کارایی، امکان تشخیص همه عناصر یک نمونه، زمانی که مقدار نمونه کم باشد را فراهم می کند.
• مزیت بزرگی که دمای بالا در طیف بینی نشر اتمی ایجاد می کند، این می باشد که در روش پلاسما ، غلظت های کم فلزات با اکسید پایدار را می توان اندازه گیری کرد.
• در طیف سنجی نشر اتمی ، برخلاف طیف سنجی جذب اتمی می توان عناصر غیرفلزی را نیز شناسایی کرد.

• طیف های نشری حاصل از دستگاه طيف بینی نشر اتمی بسیار پیچیده هستند و صدها و یا هزاران خط دارند که همین موضوع باعث ایجاد مزاحمت های طیفی خواهد شد.
• روش های آنالیز جذب اتمی ساده تر می باشند، تجهیزات آن ارزان تر بوده و اپراتور دستگاه نیاز به آموزش و مهارت خاصی ندارد.

مزایا و دقت بالای روش طیف سنجی نشر اتمی باعث نمی شود که این روش جایگزین روش طیف بیني جذب اتمي شود بلکه این دو روش می توانند یکدیگر را کامل کنند.

هزینه طیف سنجی نشر اتمی

هزینه طیف سنجي نشر اتمی را می توان از منظر هزینه تجهیزات و دستگاه طیف سنجی نشر اتمی بررسی کرد. در دستگاه های طیف سنجی نشر اتمی پلاسما، قوس و جرقه الکتریکی ، طیف های نشری به دست آمده بسیار پیچیده هستند و از صدها یا هزاران خط تشکیل شده اند. بالا بودن تعداد خطوط نشری از این نظر که اطلاعات کیفی بیشتری را ارائه می دهند، مفید هستند اما از سویی دیگر باعث ایجاد مزاحمت های طیفی می شوند. به همین دلیل به تجهیزات نوری با کیفیت تر و به نسبت گران تری برای شناسایی عناصر نیاز است.

خدمات طیف سنجی نشر اتمی

خدمات طیف سنجی نشر اتمي می تواند مربوط به خدماتی باشد که شرکت سازنده دستگاه طیف سنجی نشر اتمی بعد از فروش محصول، به مشتری ارائه می دهد. این خدمات شامل نصب و راه اندازی دستگاه طیف سنجی نشر اتمی ، تامین تجهیزات و قطعات مختلف دستگاه، انجام سرویس های دوره ای، تعمیرات دستگاه و قطعات مختلف آن می باشد. خدمات طیف سنجی نشر اتمی را می توان از نظر خدماتی که آزمایشگاه ها ارائه می دهند نیز بررسی کرد. این خدمات شامل استخراج و آماده سازی نمونه، اندازه گیری نمونه های تک عنصری تا چند عنصری، اندازه گیری کامل نمونه های 70 عنصری و غیره می باشد.