بخشی از مقاله
آناليز از طريق ايجاد پلاسما در جفتهاي القايي
(ICP)
ICP يكي از روشهاي مخرب تجزيه شيميايي مي باشد كه بايستي نمونه را بصورت محلول در آورده و سپس آنرا تبخير نمود.
اصول عمليات:
ICP يك منبع تحريك است براي طيف نمايي نشر اتمي. آن يك پلاسماي آرگون بكار رفته در فشار يك اتمسفر و نگهداشته شده بوسيله جفت كردن القايي بصورت يك ميدان الكترومغناطيسي با
فركانس راديويي مي باشد. گاز آرگون بصورت محوري در درون يك تيوپ كوارتزي نگه داشته شده بوسيله سه يا چهار سيم پيچ از يك القاء يا هسته كار متصل شده به يك ژنراتور RF (راديويي) جريان مي يابد. فركانسهاي استاندارد عملكردي 12/27 مگاهرتز يا معمولاً كمتر از 68/40 مگاهرتز مي
باشند. فركانسها توسط كميسيون تبليغات فدرال براي اسناد پزشكي و علمي تعيين شده است. جريان با فركانس بالاي بيش از 100 آمپر در هسته هاي القايي مس خنك شونده با آب جريان مي يابد. خطوط نيروي توليد شده از ميدانهاي مغناطيسي نوساني بصورت محوري در درون تيوپ كوارتزي جريان مي يابند و از مسير بستة بيضي شكل در خارج از تيوپ پيروي مي كنند. اگر الكترونهاي آزاد
در تيوپ حضور داشته باشند، ميدانهاي مغناطيسي القايي ايجاد مي كنند. الكترونهايي كه در گاز جريان مي يابند در مسيرهاي منحني نوساني بسته در درون فضاي تيوپ كوارتزي مي باشند. اين جريان الكتروني جريان گردابي ناميده مي شود و الكترونها توسط تغيير زمان ميدان مغناطيسي شتاب مي گيرند. ايجاد برخورد كه از يونيزاسيون بيشتر گاز آرگون و نيز گرماي مقاومتي نتيجه مي
شود، اين ميدانهاي كغناطيسي و الكتريكي مسئول پلاسما در شكل (1) نشان داده مي شود. انتقال انرژي در پلاسما مشابه مواد الكتريكي است كه هسته هاي القايي سيم پيچ اوليه هستند و گاز يونيزه شده ثانويه مي باشد زيرا گاز آرگون در ابتدا خنثي و غير رسانا است. پلاسما بايد با الكترونهاي دانه آغاز شود. معمولاً بوسيله تخليه خفيفي بر جسب تسلا توليد مي شود. با قدرت فركانس راديويي بكار رفته، پلاسما بطور آني روشن مي شود، سپس خود پايدار مي ماند.
پلاسماي نتيجه شده گازي است بشدت يونيزه شده با درجه حرارتهايي در حدود 10000درجه كلوين. مشعل پلاسما از يك تيوپ كوارتزي تنها تشكيل نشده بلكه از سه تيوپ متحدالمركز تشكيل شده است( شكل 2).
درجه حرارتهاي بالاي پلاسما ديواره هاي كوارتزي به عايقكاري حفاظتي
نياز دارد. اين كار بوسيله يك جريان تماسي از گاز خنك كننده بين دو تيوپ خارجي با سرعتي در حدود 15 ليتر بر دقيقه انجام مي شود. اين عايقكاري پلاسما را از ديواره هاي مشعل و موازنه ها و مراكز پلاسما جدا مي كند. اين عايقكاري گاهي اوقات بعنوان روشي براي تثبيت گرداب حفره أي استفاده مي‌شود. يك جريان گاز محوري شناخته شده بعنوان گاز پلاسما گاهي اوقات در حين
افروختن پلاسما يا با محلولهاي آلي استفاده مي شود. گاز پلاسما بين دو تيوپ داخلي با سرعت 1 تا 5 ليتر بر دقيقه جريان مي يابد. يك تيوپ مركزي با قطر كوچك براي توليد نمونة تحليلي در پلاسما استفاده مي شود. معمولاً بصورت يك ( آئروسول) مايع نازك حمل شده بوسيله يك جريان گاز حمل كننده در حدود يك ليتر بر دقيقه.
طراحي دقيق مشعل گاز حمل كننده نمونه را قادر مي سازد يك رخنه در پاية پلاسما بطوريكه نمونه از داخل يك كانال در محور مركزي پلاسما مي‌گذرد. پلاسماي داغ چمبره أي مي شود و نمونه يك كانال سرد كننده مركزي با درجه حرارتهاي از5000 تا8000 درجه كلوين را تجربه مي كند. در حين
يك زمان عبور از 1 تا3 ميكروثانيه در اين كانال مركزي آئوروسول نمونه ته نشين مي شود. تبخير مي شود، تفكيك مي شود، اتميزه مي شود و در درجات گوناگون يونيزه مي شود. اتمها و يونهاي آزاد بطور الكتريكي برانگيخته مي شوند. تشعشع طول موجهاي مختلف در ماوراي بنفش و قسمت مرئي طيف در مقياس زماني نانوثانيه بصورت الكترونهاي برگشتي به سطوح انرژي پايينتر منتشر مي شود. طول موج اين تشعشع منتشر شده از نوع اتم حاضر در پلاسما مشخص مي شود و شدت نشر تشعشع با كميت هر نوع از اتمهاي حاضر متناسب است. بنابراين تحليل تشعشع منتشر
شده، آناليز كمي و كيفي عنصري را مهيا مي كند.
ICP يك ساختار واضح( شكل 3) و يك سيستم فهرست مشتق شده بصورت شرح مناطق پلاسما دارد. ضعف در پلاسما بطور مسلم نشر اتمي مشاهده شده مي باشد. منطقه تشعشع اصلي بطور تقريبي 0 تا 10 ميلي متر بيشتر از هسته هاي القايي توسعه مي يابد. بطور عمودي بلندتر منطقه ديگري وجود دارد كه بطور غالب نشر يوني مشاهده مي شود. اين منطقه چنبري طبيعي منطقه أي است كه معمولاً بيشترين استفاده را براي اندازه گيري طيف‌نمايي دارد و در حدود 10 تا 20 ميلي متر بيشتر از هسته هاي القايي توسعه مي يابد. هنوز بيشتر دنباله صاف پلاسما 30 تا
100 ميلي متر بيشتر از هسته‌هاي القايي جايي كه بعضي نشرهاي مولكولي مشاهده خواهند شد، گسترش مي يابد. در نشان دادن درجه حرارت تحريك در پلاسما درجه حرارت در منطقه پايينتر ملايم مي شود. در منطقه چنبري طبيعي به مقدار به مقدار ماكزيمم رسانده مي‌شود، سپس به سرعت به مقادير پايينتر در دنباله صاف افت مي كند زيرا يك گراديان حرارتي در پلاسما بوجود مي آيد.
عناصر مختلف حداكثر نشرشان را در اوجهاي مختلف بيش از هسته هاي القايي طبق اختلاف در انرژي برانگيختگي اتمها و يونهاي مختلف خواهند رساند. بنابراين در آناليز چند عنصري چند مجهوله بايد يك ارتفاع مشاهده شدة مصالحه شده انتخاب گردد.
تئوري اتمي پايه أي:
يك اتم شامل مخلوطي از دانه هاي بنيادي پروتون( ذرات باردار مثبت) و نوترونها (ذرات خنثي) مي باشد. ذرات بنيادي توسط الكترونها احاطه مي شوند( لايه هايي از بار منفي). در يك اتم خنثي بارهاي مثبت و منفي متعادل هستند. الكترونها بوسيله سطوح انرژي مربوط به شعاع لايه ها از
ذرات بنيادي اتمي مشخص مي شوند و اين سطوح انرژي اندازه گيري ميشوند يا مقاديرشان مجاز شمرده مي شوند. اگر اتم از يك منبع خارجي انرژي جذب كند الكترونها ممكن است به لايه هاي انرژي بالاتر يا لايه هاي برانگيخته تحريك شوند. اين سطوح انرژي مجاز شدة الكترونها، مقادير مجزا دارند كه به ساختار اتمي عنصر ذره أي وابسته است. انرژي كامل كوانتومها بايد از انرژي حالتهاي جدا شده جذب شود.
اتم برانگيخته بصورت الكترونيكي بطور ذاتي ناپايدار است. در چهارچوب زماني نانوثانيه انرژي اضافه بايد دوباره نشر يابد، بصورت فوتونهايي از نور بصورت الكترونهاي برگشتي به لايه هاي انرژي پايينتر و پايدارتر. فوتونهاي منتشر شده همچنين بصورت انرژي كوانتومي مشخص مي شوند و انرژي فوتونها دقيقاً با اختلاف لايه هاي انرژي الكترونيكي اندازه گيري شده در اتم مطابق خواهند بود. زيرا اكثر اتمها لايه هاي انرژي الكترونيكي ممكن زيادي دارند. انتقالهاي زيادي بصورت جذب الكترونها و انتشار دوباره مطابق انرژي كوانتوم ممكن خواهند بود. همچنين اتمهاي يك عنصر تنها ممكن است فوتونها را از چندين انرژي مختلف منتشر كند. بنابراين فوتونهايي كه اتمهادر حالت برانگيخته منتشر مي كنند، بطور واضح نوع اتم را مشخص مي كنند و كميت فوتونها يا شدت نور منتشر شده با عدد اتمي در حالت برانگيخته متناسب خواهد بود. انرژي E از فوتون منتشر شده متناسب است با فركانس طبق موج نوري جايي كهh ثابت است، فركانس نور با طول موجش رابطه مي‌يابد. بطوريكه C سرعت نور
است بنابراين انرژي فوتون مي تواند بر حسب طول موجش اظهار شود. انرژيهاي فوتونهاي منتشر شده توسط اتمهاي برانگيخته در منابع طيف نمايي از قبيل پلاسماي جفت شدة القايي با طول موجهاي ماوراي بنفش و منطقه مرئي طيف الكترو مغناطيس مطابق است. يك طيف سنج براي متفرق كردن چنين تشعشع منتشر شده در طول موجهاي افزايش و براي اندازه گيري شدت هر جزء استفاده مي شود.
مشخصات تحليلي:
ICP بعنوان يك تكنيك تحليلي قابليت انجام آناليزهاي چند عنصري همزمان براي شصت عنصر را در يك تا دو دقيقه مهيا مي كند. قابليت اجرا براي اكثر عناصر جدول تناوبي محدودة متحرك خطي بزرگ ( منحني هاي درجه بندي كه خطي هستند بيش 3 تا 6 برحسب مقدار غلظت مي باشند). توانايي تعيين اثر حداقل و حداكثر اجزا تنها در يك مرحله از تجزيه، كشف حدود در رنج براي اكثر عناصر مي باشد. دقت و درستي روي سفارش يك درصد و آزادي نسبي از فصل مشتركهاي شيميايي ميباشد. كشف حدود
براي ICP توسط اولين برقراري يك منحني درجه بندي مشخص مي‌شود. (طرحي از شدت سيگنال در يك طول موج داده شده در مقابل غلظت براي يكسري از محلولهاي استاندارد).
كشف حد محاسبه مي شود بصورت غلظتي كه با يك سيگنال تجزيه أي برابر با دو زمان تقسيم شدة استاندارد از اندازه گيريهاي تكرار شده از يك مشاهده در آن طول موج مطابق خواهد بود.
اين غلظت كمترين مقدار قابل اندازه گيري با هر اطميناني بصورت حاضر در نمونه است. اين مقادير حد كشف بايد حدود واقع در دورترين نقطه را مورد رسيدگي قرار دهند. زيرا آنها تحت حالتهاي فرضي مشخص مي شوند
