طیف سنجی جذب اتمی چیست؟
طیف سنجی جذب اتمی (AAS) تکنیکی تحلیلی برای تعیین غلظت عناصر خاص، اتم‌ها یا یون‌های فلزی در نمونه‌های مختلف است. فلزات که ۷۵ درصد از عناصر شیمیایی زمین را تشکیل می‌دهند، گاهی اوقات به عنوان آلوده‌کننده در اجزای مختلف (معدن، مواد غذایی، آب و غیره) وجود دارند.
طیف سنجی جذب اتمی بر اساس اصل جذب نور توسط اتم‌ها (و یون‌ها) در طول موج مشخص و منحصر به فرد استوار است. انرژی (فوتون نور) توسط اتم جذب می‌شود و در نتیجه الکترون‌ها برانگیخته شده و از حالت پایه به حالت برانگیخته منتقل می‌شوند. سپس مقدار نور جذب شده اندازه‌گیری شده و غلظت عنصر در نمونه محاسبه می‌شود.
اصل کار طیف سنجی جذب اتمی
نمونه معمولاً به شکل مایع است و پس از مراحل تبخیر، عناصر هدف از طریق یک نبولایزر به شعله وارد شده و به اتم‌های آزاد تبدیل می‌شوند. اصل کار بر اساس جذب فوتون نور توسط اتم‌های آزاد در حالت پایه در فاز گازی است. یک منبع نوری (لامپ کاتد توخالی) نوری با طول موج مشخص برای اتم‌هایی که در حالت گازی هستند، ساطع می‌کند.
با جذب انرژی نور، الکترون‌های موجود در اتم‌ها با جذب انرژی (فوتون نور) به حالت برانگیخته ارتقا می‌یابند. در طیف سنجی جذب اتمی، طول موج نور جذب شده توسط نوع اتم (که عنصر آن چیست) و مقدار نور جذب شده به عنوان غلظت عنصر در نمونه توسط دستگاه ثبت‌کننده و آشکارساز تعیین می‌شود.
دستگاه
- سیستم ورود نمونه
- شعله‌سوز (شعله) و منابع گاز مربوطه: هوا- استیلن یا نیتروز اکسید- استیلن
- منبع نور، لامپ کاتد توخالی (HCL)
- تک‌فام‌ساز (اجزای نوری داخل جعبه در نمودار)
- آشکارساز نوری (فتومولتی پلایر یا PMT)
- کنترل رایانه‌ای دستگاه، جمع‌آوری داده‌ها و ثبت و تحلیل داده‌ها
منبع نور
منبع نور یکی از اجزای حیاتی است و لامپ کاتد توخالی (HCL) رایج‌ترین منبع نور مورد استفاده در AAS است. این لامپ حاوی عنصری یکسان با عنصری است که غلظت آن در نمونه مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد. لامپ با یک گاز بی‌اثر مانند آرگون یا نئون با فشار کم پر شده است.
پس از اعمال ولتاژ بالا بین دو الکترود، گاز پرکننده به سمت کاتد شتاب می‌گیرد. علاوه بر این، برخورد بین اتم‌های فلزی رخ می‌دهد و آن‌ها را به حالت برانگیخته می‌برد و پس از بازگشت اتم‌ها به حالت پایه، تابشی با طول موج مشخص ساطع می‌شود. نوری که از لامپ عبور می‌کند، توسط نمونه اتمیزه شده جذب می‌شود و این جذب اندازه‌گیری می‌شود.
تک‌فام‌ساز
نوری که توسط لامپ کاتد توخالی ساطع می‌شود از یک تک‌فام‌ساز عبور می‌کند. تک‌فام‌ساز یک دستگاه نوری است که برای انتخاب نور با محدوده باریک از طیف وسیع‌تر نور ساطع شده از یک منبع نور استفاده می‌شود.
سیستم ورود نمونه
نمونه مایع با سرعت بالا از طریق یک لوله مویین باریک وارد نبولایزر می‌شود. پس از برخورد نمونه مایع با سرعت بالا با یک مهره شیشه‌ای، یک اسپری ریز از قطرات ایجاد می‌شود. این اسپری ریز از قطرات، آئروسل نامیده می‌شود. با این حال، قطرات بزرگ‌تر به عنوان ضایعات تخلیه می‌شوند تا جریان همگن قطرات ریز به محفظه اسپری حفظ شود، در حالی که آئروسل ریز به داخل محفظه اسپری عبور می‌کند. تکنیک‌های مختلفی برای اتمیزاسیون وجود دارد.
طیف‌سنجی جذب اتمی شعله‌ای (FAAS)
پس از نبولایزر شدن، یون‌های فلزی به صورت ریز به داخل یک شعله با دمای بالا اسپری می‌شوند که در آنجا به اتم‌های خود کاهش می‌یابند و سپس نور را از یک لامپ کاتد توخالی مخصوص عنصر جذب می‌کنند.
- خشک کردن (Desolvation): حلال تبخیر می‌شود و نانوذرات خشک نمونه باقی می‌ماند.
- تبخیر (Vaporization): ذرات به فاز گازی تبدیل می‌شوند.
- اتمیزاسیون (Atomization): مرحله کلیدی که در آن جمعیت اتم‌های آزاد در حالت پایه ایجاد می‌شود. اتم‌های حالت پایه هدف برای تجزیه و تحلیل AAS هستند.
- یونیزاسیون (Ionization): برخی از اتم‌های آزاد بسته به شرایط شعله (مخلوط گازهای اکسیدان/ استیلن) و پتانسیل یونیزاسیون آنالیت‌ها در محلول به یون تبدیل می‌شوند.
طیف سنجی جذب اتمی کوره گرافیتی (GFAAS)
این نوعی اتمیزاسیون الکتروترمال است که در آن نمونه‌ای در یک لوله گرافیتی توخالی قرار می‌گیرد. واحد تا زمانی که نمونه کاملا تبخیر شود گرم می‌شود.
آشکارساز
فتومولتی پلایر (PMT) به دلیل حساسیت بالای خود یکی از پرکاربردترین آشکارسازها در دستگاه طیف سنجی جذب اتمی است. نور تابشی از شکاف خروجی تک‌فام‌ساز وارد PMT شده و به یک فوتودیود برخورد می‌کند که در نهایت به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شود. سیگنال الکتریکی اولیه توسط یک سری دینود تقویت شده و جمع‌آوری می‌شود. یک سری دینود سیگنال را ۱۰۰ میلیون برابر تقویت می‌کند و سپس جمع‌آوری (اندازه‌گیری) می‌شود که برای ارائه یک اندازه‌گیری کمی از جذب استفاده می‌شود.
کاربردهای طیف سنجی جذب اتمی
- برای شناسایی وجود فلزات سنگین (سمی) مانند پالادیوم یا پلاتین در آنتی‌بیوتیک‌ها استفاده می‌شود.
- صنایع غذایی، مکمل‌های غذایی و شاهدانه از AAS برای اطمینان از عدم وجود آلودگی در محصولات عرضه شده و اطمینان از ایمنی آن‌ها برای مصرف استفاده می‌کنند.
- در معدنکاری، مقدار طلا را می‌توان با استفاده از AAS تعیین کرد.
- AAS بیشتر در تجزیه و تحلیل آب آشامیدنی در آلوده‌ترین مناطق استفاده می‌شود.
مطالب مرتبط با طیف سنجی جذب اتمی:
- 16 مورد از انواع تکنیک های طیف سنجی: اصول و کاربردها
- طیف سنجی UV-Vis: اصول، قطعات، موارد استفاده، محدودیت‌ها
- طیف سنجی فوتوالکترون (PES): اصول، کاربرد، محدودیت
مترجم: محمد صادق محمودی لرد
