بخشی از مقاله
چکیده –
در این مقاله با استفاده از روش طیف نگاري پلاسماي القایی لیزري LIBS عناصر تشکیل دهندهي دندان طبیعی و همچنین یک نمونه پروتز دندان مورد بررسی قرار گرفته و نتایج بدست آمده با هم مقایسه شده است. از این روش می توان به عنوان معیاري در تعیین کیفیت پروتز استفاده کرد.
.1 مقدمه
وقتی دندان آسیب میبیند به طوري که قسمتی از آن دچار شکستگی میگردد، سطح آن نیاز به ترمیم دارد تا از ایجاد آلودگی و عفونت بخشهاي داخلی دندان جلوگیري شود. مادهاي که براي ترمیم دندان استفاده میشود باید در مقابل سایش و نیروي جویدن مقاومت زیادي داشته باشد و رنگ و شفافیت و زیبایی آن به دندان نزدیک باشد.[1] علاوه بر این ضروري است ویژگیهاي فیزیکی آن مشابه دندان طبیعی باشد. براي این منظور پروتزهاي مختلفی وجود دارد که در دندانپزشکی استفاده میشود.
انواع پروتزها عبارتند از:
- پرسلن - سرامیک/چینی - : این ماده به صورت پوسته بسیار نازکی از پرسلن است که میتواند جایگزین میناي دندان شود و یا بخشی از آن را بپوشاند.
- پرسلن و فلز: این نوع ترمیم مشابه حالت قبل است که در آن از فلزات کروم و کبالت به همراه پرسلن استفاده شده، تا مقاومت آن را افزایش دهد.
- آلیاژ طلا: این پروتز حاوي طلا، مس و سایر فلزاتی است که ترمیمی قوي به صورت روکش را بدست میدهد.
- آلیاژ فلزي: در این پروتز آلیاژ فلزهاي غیر قیمتی که اغلب به رنگ نقرهاي هستند، مورد استفاده قرار میگیرند
یک روش بررسی مرغوبیت پروتزهاي مورد استفاده میتواند بررسی عناصر تشکیل دهنده آن ها و نزدیکی خواص و ویژگی هاي فیزیکی شان به دندان طبیعی باشد.
روش جدید و کار آمد طیف سنجی القایی لیزري - - LIBS
به عنوان یک روش ذاتا" غیر مخرب مطرح است که در آن میتوان نمونه هاي آزمون با هر شکل دلخواه را در طی چند دقیقه مورد بررسی قرار داد. از مزایاي دیگر این روش قابل حمل و فشرده بودن آن می باشد.
در واقع،LIBS یک روش طیف نگاري گسیل اتمی است که در آن خروجی یک تپ لیزر پر توان بر روي نقطهاي از سطح هدف متمرکز میشود و در نتیجه فروشکست روي میدهد. مقدار بسیار کوچکی از ماده تبخیر شده و در اثر جذب، فوتون هاي بعدي گرمتر شده تا جائی که یونیزه میشود و متعاقبا" یک پلاسماي پر انرژي گذرا تشکیل میگردد. مواد مختلف در پلاسما طول موج هاي مختلفی را گسیل میکنند و با طیف سنجی تابش حاصل از پلاسما میتوان به اطلاعاتی از ترکیب مواد در نمونه و مقدار آن پی برد
جهت تعیین کمی عناصر موجود در پلاسما میتوان از شدت خطوط اتمی و خطوط یونی استفاده نمود. به محض تشکیل پلاسما فرض میشود که تعادل ترمودینامیکی موضعی - - LTE برقرار است. شدت خطوط اندازه گیري شده از یک عنصر، مربوط به گذار بین ترازهاي Ek و Ei از رابطه بولتزمن محاسبه می شود:
که در آن Aki احتمال گذار, gk وزن آماري تراز λ , kطول موج گذار و U - T - تابع پارش در دماي پلاسما ، C
غلظت عنصر و F مربوط به اثرات اپتیکی چیدمان آزمایش است.
با استفاده از معادله فوق براي دو خط طیفی از دو گونه مختلف میتوان مقدار نسبی عناصر موجود در نمونه آزمون را با دقت خوبی بدست آورد.
در این نوع اندازه گیري ها بهتر است خطوطی مورد بررسی قرار گیرند که انرژي هاي برانگیختگی مشابه داشته باشند.
در این روش علاوه بر تعیین ثابت هاي طیف سنجی، محاسبه دماي پلاسما نیز مورد نیاز می باشد. با وجود اینکه ارزیابی دقیق دماي پلاسما به دلیل عمر کوتاه آن مشکل است، لیکن با مقایسه شدتهاي دو خط متفاوت از یک گونه می توان دماي میانگین پلاسما را تخمین زد.
یک روش محاسبه دما استفاده از دوخط یک گونه با درجه یونیزاسیون یکسان مطابق معادله زیر میباشد.
.2 چیدمان آزمایش
شکل 1 نماي آزمایش LIBS را نشان میدهد. در این آزمایش نور لیزر Nd:YAG - طول موج 1064nm، انرژي پالس200 mJ، عرض پالس 5 ns و نرخ تکرار - 1 Hz با عبور از یک عدسی به فاصله کانونی 150 mm بر روي نمونه آزمایش متمرکز شده است. پس از تشکیل پلاسما، تابش پلاسماي لیزري توسط عدسی دیگري - با فاصله کانونی - 50 mm به تار نوري انتقال یافته و اطلاعات طیفی توسط اسپکترو-فوتومتر - Spectrastar S-150 - مجهز به آرایه CCD، مدل Toshiba-TCD1304 AP، آشکار سازي شده است. به علاوه یک تاخیر دهنده تپ دست ساز به منظور تولید یک فرمان تاخیر در ثبت اطلاعات توسط دوربین CCD و حذف تابش هاي پیوسته اولیه ناشی از پدیده برمشترالانگ وارون به کار گرفته شده است.
شکل: 1 چیدمان آزمایش LIBS
شکل:2 طیف LIBS مربوط به دندان طبیعی سالم.
در مرحله بعد آزمایش بر روي یک قطعه پروتز دندان - از نوع پرسلن و فلز - انجام شد. همانطور که در شکل 3 نشان داده شده این پروتز شامل عناصري نظیر کروم nm - 392/86 و - 396/36 nm، کبالت 399/79 nm - و nm
- 399/53 و مس - 422/47 nm - می باشد.
شکل :3 طیف LIBS مربوط به پروتز دندان.
.3 بررسی و تحلیل نتایج
ابتدا یک دندان سالم در هوا مورد بررسی قرار گرفت، پالس لیزر بر روي نمونه متمرکز و سپس با تشکیل پلاسماي لیزري بر روي سطح نمونه، طیف گسیل اتمی آن توسط طیف نگار ثبت شد. شکل 2 نشان می دهد که بیشتر این خطوط مربوط به یونهاي کلسیم 393/36 nm - و 422/67 nm و - 430/25 nm می باشد، همچنین خطوط سدیم - 445/47 nm - نیز در طیف دیده میشود.
علاوه بر این خطوط نیتروژن یونیزه - 373/55 nm - N - III - با استفاده از مشخصات خطوط طیفی گونه هاي آشکار شده در پروتز - جدول - 1 نسبت کروم به کبالت در پروتز مورد آزمایش محاسبه شد. براي این منظور ابتدا دماي پلاسما توسط دو خط Cr - I - ، 396/65nm و 393/81nm با استفاده از رابطه 3 حدود 6500˚ K به دست آمد. لازم به ذکر است در محاسبه دما سعی شده خطوطی مورد بررسی قرارگیرد که اثرات خودجذبی در آنها قابل صرف نظر باشد.
