فرآیند های تصفیه آب و فاضلاب

درباره سایت

آخرین مطالب

امکانات وب

طيف نورسنجي جذب و نشر اتمي

الكترونهاي لايه ظرفيت اتمها باعث جذب يا نشر تابشالكترومغناطيس در گسترة فوق بنفش و مرئي هستند. اتمهاي آزاد، بر خلافمولكولها داراي ترازهاي انرژي ارتعاشي و چرخشي نيستند و در آنها فقطجهشهاي الكتروني صورت مي گيرد. به همين دليل وقتي كه انرژي توسط اتمها جذبيا نشر مي شود، خطوط طيفي مجزا مشاهده مي شود، كه اساس روشهاي طيف بينياتمي است.

طيف بيني اتمي(نشري،جذبي يا فلوئورسانس) از اين نظر كه نمونه در يك سلول قرار داده شده و جذب، نشر يا فلوئورسانس آن در يك طول موج ويژه اندازه گيري و مطابق قانون بير-لامبرت به غلظت ارتباط داده مي شود، با طيف بيني مولكولي شباهت دارد.تفاوت دستگاهي بين طيف بيني هاي جذب اتمي و جذب مولكولي، به اختلاف بينطيف اتمي و طيف مولكولي مربوط است. مولكولها و يونهاي چند اتمي داراينوارهاي جذبي پهن هستند، در حالي كه اتمها داراي خطوط جذبي باريك(معمولاً با پهناي 0.001 الي 1/ 0 نانومتر) هستند. پيكهاي جذبي يا نشري باريك كه هنگام طيف بيني جذب يا نشر اتمي مشاهده مي شوند، طيف خطي ناميده مي شوند.

منبع تابشي كه براي طيف بيني جذب اتمي از آن استفادهمي شود، بايد قادر به نشر تابشي باشد كه در محدوده خط جذب، شدت كافي داشتهباشد. منابع تابش پيوسته اي كه در طيف بيني مولكولي از آنها استفاده ميشود، معمولاً شدت كافي ندارند و براي طيف بيني جذب اتمي مفيد نيستند.بنابراين منبع نور در طيف بيني جذب اتمي لامپهاي كاتدي توخالي هستند.يكلامپ كاتدي توخالي تابشي شديد با طول موج مناسب منتشر مي كند، كه ازخصوصيات عنصر موجود در كاتد لامپ مي باشد.

در طيف بيني جذب يا نشر اتمي، بايد قبل از اندازهگيري، نمونه به حالت بخار تبديل شود. يك شعله يا يك كوره الكتريكي، كه نقشسلول در طيف بيني مولكولي را دارد، انرژي لازم براي تبديل تركيب حل شده درمحلول را به حالت بخار يا گاز فراهم مي كند.

قانون بير-لامبرت، همان طور كه در طيف بيني مولكولي به كار مي رود، در طيف بيني اتمينيز مورد استفاده قرار مي گيرد. براي جذب اتمي، اگرچه طول سلول معمولاًمعلوم نيست، امّا ضريب جذب و طول سلول به صورت يك ثابت است، و قانون بير- لامبرت براي آن به صورت زير نوشته مي شود:

A = KC

طيف بيني نشر شعله اي نيز با يك تفاوت عمده، شبيهجذب اتمي است. در اين روش، شعله علاوه بر تبديل نمونه به بخاري از اتمهاسبب برانگيختگي الكترونهاي موجود در اتمها به تراز انرژي بالاتر مي شود.هنگام بازگشت الكترونهاي تحريك شده به حالت پايه تابش الكترومغناطيسي نشرمي شود. شدت تابش منتشر شده با غلظت اتمها در حالت تحريك شده و در نتيجهبا تعداد كل اتمهاي موجود درون شعله متناسب است. از آنجا كه تعداد اتمهايدرون شعله نيز با غلظت محلول متناسب است، پس شدت تابش، مستقيماً به غلظتنمونه اصلي بستگي دارد.

در روش نشر اتمي، از منبع تابش اوليه استفاده نميشود، زيرا گرماي حاصل از شعله انرژي لازم براي نشر تابش از اتمهاي موردتجزيه را فراهم مي كند.

دستگاههاي جذب و نشر اتمي

اصول طيف بيني جذب و نشر اتمي يكسان است و تنها تفاوت آنها اين است كه منبع در روش جذبي وجود دارد، اما روش نشري فاقد آن است.

اجزاء يك دستگاه طيف بيني جذب اتمي عبارتند از :منبع تابش الكترومغناطيس، شعله يا جايگاه نمونه، تكفام ساز، آشكارساز وشناساگر علامت. در طيف بيني هاي نشر شعله اي نيز دقيقاً همين اجزاء به جزمنبع اوليه تابش وجود دارند. در جذب اتمي، پرتو حاصل از منبع تابش، ازبين بخارات اتمي درون شعله عبور مي كند، بخشي از آن توسط اتمهاي نمونه جذبو بخش ديگري عبور مي كند، سپس پرتو عبور كرده توسط تكفام ساز تكرنگ شده وبه آشكارساز برخورد مي كند. در آشكارساز به يك علامت الكتريكي تقويت پذيرتبديل تبديل شده و نهايتاً توسط شناساگر ثبت مي شود.

اتم سازها

اتم سازها در طيف بيني جذب و نشر اتمي نقش سلول وجايگاه نمونه را دارند. متداولترين اتم سازها در جذب اتمي شعله ها و كورههاي گرافيتي هستند. از ابتداي به كارگيري جذب اتمي تاكنون شعله ها مورداستفاده بوده اند و هنوز هم متداولترين سلولها محسوب مي شوند، محلول نمونهبه صورت قطره هاي ريز به درون شعله پاشيده مي شود. به علت گرماي زيادشعله، حلال موجود در محلول به سرعت بخار مي شود. ذرات جامد مواد حل شده كهپس از تبخير حلال باقي مي مانند، ذوب شده و به مايع تبديل مي شوند، سپس بهحالت گازي در آمده و در پايان به اتم تفكيك مي شوند. قسمتي از تابش لامپكه از درون شعله مي گذرد، توسط اتمهاي نمونه جذب مي شوند. مقدار اين تابشجذب شده توسط آشكارساز اندازه گيري مي شود.

انواع شعله هاي رايج و درجه حرارت معمول آنها درجدول زير خلاصه شده است. بديهي است هر چه دماي شعله بيشتر باشد، شعلهمناسب تر است و حساسيت روش بهتر است.

سوخت	اكسيدان	درجه حرارت تقريبي، ⁰C
گاز طبيعي	هوا	1800
پروپان	هوا	1900
هيدروژن	هوا	2000
استيلن	هوا	2300
هيدروژن	اكسيژن	2700
استيلن	نيتروزواكسيد	2800
استيلن	اكسيژن	3100

دو نوع مشعل در طيف بيني هاي جذب و نشر شعله اي رايجهستند كه عبارتند از : مشعل پيش مخلوط كن و مشعل تمام مصرف كن. در مشعلپيش مخلوط كن نمونه از ميان يك مهپاش به داخل محفظه پيش مخلوط كن وارد ميشود. از دو مجراي ديگر، اكسنده و سوخت وارد محفظه مي شوند. سپس نمونه،اكسنده و سوخت توسط مخلوط كن كاملاً با هم آميخته مي شوند و به سوي سرمشعل هدايت مي شوند. يك مجراي خروجي نيز براي قطرات درشتتر كه در پايينمحفظه پيش مخلوط كن جمع مي شود، در نظر گرفته شده است. در مشعل تمام مصرفكن، اكسنده، سوخت و نمونه هر يك به طور جداگانه مستقيماً وارد شعله ميشوند. از مزاياي مشعل تمام مصرف كن اين است كه گازها قبل از رسيدن به شعلهاز پيش با هم مخلوط نمي شوند و لذا از انفجار ناگهاني كه بويژه در شعلههاي نيتروزواكسيد- استيلن اتفاق ميافتد، جلوگيري مي شود. همچنين نمونة نمايانگر به شعله مي رسد و چون مقدارنمونه در شعله زياد است، به حساسيت زياد منتج مي شود. از طرف ديگر در اينمشعل، غير يكنواختي اندازه قطرات ريز منجر به كاهش تكرار پذيري مي شود وقطرات بزرگ به طور كامل تجزيه نمي شوند و سبب مسدود شدن مي شوند. ايناشكالات در مشعل پيش مخلوط كن كمتر است، ولي عيب بزرگ مشعل پيش مخلوط كناحتمال وقوع انفجار است.

نوع ديگري از اتم سازها كوره گرافيت است، كه دماي آن تا بيشتر از 30000 درجه سانتي گراد مي رسد و همچنين دماي زياد باعث شده است كه حساسيت بهبود يافته و حد تشخيص به مقدار كمتري برسد.

تكفام ساز و آشكار ساز

اگرچه در طيف بيني هاي جذب اتمي از منبع تابش خطياستفاده مي شود، اما براي انتخاب دقيقتر طول موج، تكفام ساز نيز به كاربرده مي شود. معمولاً عرض شكاف تكفام سازها 2/0، 5/0 و يا 1/0 است. پهنايخط جذبي در بيشتر سلولها در حدود 004/0 نانومتر است كه به طور قابل توجهيباريك تر از عرض شكاف تكفام ساز است. جزء پاشنده در تكفام ساز معمولاًشبكه است.

رايجترين آشكارساز مورد استفاده در طيف نورسنجهاي جذب اتمي، لوله فوتوتكثيركننده است كه در طيف نورسنجهاي فوق بنفش-مرئي نيز از آن استفاده مي شود. پرتو برخورد كننده به آشكار ساز به جريانالكتريكي تبديل و پس از تقويت به صورت يك علامت كه بيانگر جذب است، ثبت ميشود.

مزاحمتها

مزاحمتهاي رايج در طيف نورسنجي جذب اتمي چهار نوع هستند كه عبارتند از : شيميايي، يونش، زمينه اي و طيفي.

مزاحمت شيميايي از واكنشهاي اتفاق افتاده از درونشعله ناشي مي شوند، چون در شعله مقداري از عنصر مورد تجزيه مصرف مي شود،لذا تعداد آن كه بايد تابش را جذب كند كاهش و در نتيجه جذب كاهش مي يابد.از جمله مزاحمتهاي شيميايي، تشكيل اكسيدهاي ديرگداز درون شعله با حضوراكسيژن است براي مثال، آلومينيم و آهن اكسيدهاي ديرگداز به فرمول Al₂O₃ و Fe₂O₃در شعله هاي دماي كم تشكيل مي دهند. استرانسيم و منيزيم با آلومينيم واكسيژن تركيب شده و اكسيدهاي ديرگداز سه تايي تشكيل مي شود. بُر، تيتانيم،تنگستن، اورانيم و زيركونيوم نيز اكسيدهاي ديرگداز تشكيل مي دهند. كلسيمهمراه با اكسيژن، فسفر يا گوگرد اكسيدهاي دير گدازي به فرمولهاي CaO.P₂O₅و CaO.SO₃ ايجاد مي كند. كلسيم فسفات تركيب دير گداز شناخته شده اي است كه هرگز در دماي شعله هاي هوا- استيلن، اتمي نمي شود.

يك راه براي كاهش مزاحمت شيميايي استفاده از شعله هاي دماي زياد، مانند شعلة نيتروزواكسيد- استيلن به جاي شعلة هوا- استيلن است. در اين شعله علاوه بر دماي زياد، كاهش غلظت اكسيژن در حذف مزاحمت شيميايي موثر است.

راه ديگر براي حذف مزاحمت شيميايي، افزايش يك مادة رهاساز به نمونه مورد تجزيه است(بافر طيف بيني).عامل رهاساز ماده اي است كه با يك يا چندتا از عوامل مزاحم واكنش مي دهد وتركيبات غير ديرگداز ايجاد مي كند و از تشكيل اكسيدهاي ديرگداز جلوگيري ميكند. براي مثال، جهت اندازه گيري كلسيم در حضور فسفات، نمك لانتانيم بافسفات تركيب شده و از تشكيل تركيب ديرگداز جلوگيري مي كند.

مزاحمت يونش، زماني اتفاق مي افتد كه تعداد زيادي ازاتمها درون شعله يونيده مي شوند، و باعث كاهش اتمهاي جذب كننده تابش ميشوند. ازآنجا كه يونها در طول موج مورد عمل براي عنصر مورد تجزيه، جذبندارند، جذب كم مي شود.

معمولاً يونش توسط دماي خيلي زياد شعلهاتفاق مي افتد. انرژي يونش توسط گرماي سلول تأمين مي شود. انرژي يونشعناصر قليايي و قليايي خاكي نسبتاً كم است و در نتيجه نسبت به ساير عناصرخيلي بيشتر يونيده مي شوند.

يونش مي تواند با كاهش دماي شعله، تضعيف يا حذف شود، براي اين منظور اغلب از شعله پروپان-هوا استفاده مي شود. راه ديگر براي كاهش يا حذف مزاحمت يونش، افزايش مقدارنسبتاً زيادي از يك عنصر با انرژي يونش كم به محلولهاي استاندارد و نمونهاست. براي اين كار، معمولاً 500 الي 5000 ميكروگرم برميلي ليتر از نمكهايليتيم، سديم يا پتاسيم به هر يك از محلولها اضافه مي شود. حضور غلظت زياداز يك عنصر زود يونيده شونده سبب كاهش تعداد الكترونهاي آزاد درون شعله ميشود، به اين ترتيب فرايند يونش آناليت كاهش مي يابد.

مزاحمت طيفي، زماني اتفاق مي افتد كه دو عنصر يا يكعنصر و يك تركيب چند اتمي درون سلول، در طول موج مورد تجزيه، تابش را جذبيا نشر كنند. در صورتيكه تركيب مزاحم، تابش را جذب كند منجر به خطاي مثبتو اگر تابش نشر كند، سبب ايجاد خطاي منفي مي شود.

بخشي از مزاحمت طيفي مربوط به مزاحمت زمينه اي استكه در جلسه آينده بررسي مي شود، و بخشي ديگر مربوط به همپوشاني خطوط جذبيتركيب مزاحم با خطوط جذبي آناليت است. در ميان خطوط طيفي اتمي كه همپوشانيكرده و باعث مزاحمت طيفي مي شوند، مي توان به خطnm 2/285 مربوط به Taو Mg و خط طيفي nm 0/290 مربوط به Cr وOs و خط طيفيnm 7/422 مربوط به Ge وCaاشاره كرد. ساده ترين راه براي حذف مزاحمت طيفي، آگاهي از وضعيت اجزاءتشكيل دهنده نمونه و استفاده از ساير خطوط طيفي آناليت است. همچنينجداسازي جزء مزاحم، قبل از اينكه نمونه با جذب اتمي مورد تجزيه قراربگيرد، راه مناسبي براي حذف مزاحمت طيفي است.

عامل ديگري كه سبب كاهش صحّت تجزيه به طريق طيف بينيجذب اتمي مي شود، تفاوت ويسكوزيته بين محلولهاي استاندارد و نمونه است.ويسكوزيته محلولها سرعت ورود محلول به درون شعله را تحت تأثير قرار ميدهد، يعني محلولها با ويسكوزيته بيشتر به مقدار كمتري وارد شعله مي شوند وخطاي منفي در اندازه گيري ايجاد مي شود. براي كاهش چنين خطايي، بايدساختار محلولهاي استاندارد و نمونه دقيقاً يكسان باشد، تا ويسكوزيته آنهانيز مشابه شود.

طرز كار با دستگاه نشر اتمي

طرز كار با دستگاههاي مختلف نشر اتمي متفاوت است، ولي اصول كار در همة آنها تقريباً يكسان است :

1. كليد اصلي دستگاه فتومتر شعله اي را روشن مي كنيم.

2. كمپرسور هوا را روشن مي كنيم.

3. شير اصلي سوخت را باز كرده و توسط رگلاتور، فشار خروجي را روي ميزان مورد نظر تنظيم مي كنيم.

4. شعله هوا- گاز طبيعي را روشن كرده و با تنظيم مانومترهاي مخصوص سوخت واكسيدان آن را به حالت ايده آل(شعله آبي رنگ) تبديل مي كنيم.

5. آب مقطر يا محلول بلانك را وارد شعله كرده و صفر گالوانومتر را تنظيم مي كنيم.

6. غليظ ترين محلول استاندارد را به دستگاه داده و100 گالوانومتر را با آن تنظيم ميكنيم. .

7. بعد از تنظيم صفر و 100 دستگاه، هر يك از نمونههاي استاندارد را در ظروف مخصوص ريخته و زير شلنگ ريزپاش قرار داده و لولهمويين مكنده را داخل آنها مي كنيم و يكي يكي نشرها را اندازه مي گيريم.

8. در مرحله آخر نشر نمونه مجهول را خوانده و ثبت مي كنيم.(چنانچه نشر محلول مجهول از نشر غليظ ترين استاندارد بيشتر باشد، آن را بهحد مناسب رقيق مي كنيم تا نشر آن در محدوده نمودار قرار بگيرد)

9. براي خاموش كردن دستگاه، ابتدا شير گاز را مي بنديم. سپس كمپرسور هوا و بعد كليد اصلي دستگاه را خاموش مي كنيم.

برچسب: نویسنده: امیرحسین ستوده بیدختی تاريخ: جمعه 14 13 ساعت: 16:15

درباره سایت

آخرین مطالب

امکانات وب

طيف نورسنجي جذب و نشر اتمي

صفحه بندی

آرشیو مطالب

پيوندهای روزانه

لینک دوستان

خبرنامه