پاورپوینت آزمایشگاه تجزیه 3: طیف سنجی جذب اتمی

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

آزمایشگاه تجزیه 3: طیف سنجی جذب اتمی

اسلاید 3 :

آشنایی با دستگاه اسپکتروسکوپی جذب اتمی AAS))
طیفسنجی، جذب (Absorption) و نشر (Emission) و پخش (Scattering) امواج الکترومغناطیس طی برهمکنش با ماده را در بر میگیرد.
از طیفسنجی جهت مطالعات کیفی یا کمی ماده و یا فرایندهای فیزیکی استفاده میشود.
ماده میتواند اتم، مولکول، یونهای مولکولی یا اتمی جامد و یا مایع باشد.
برهمکنش تشعشع با ماده سبب تغییر تابش و یا انتقال ماده بین سطوح مختلف انرژی میگردد.

جذب:
انتقال از سطح انرژی پایین به سطح بالاتر با انتقال انرژی از پرتو تابش به جاذب

نشر:
انتقال از سطح بالاتر انرژی به پایینتر با انتقال انرژی از یک نشر کننده تابش
اگر در انتقال از سطح بالا به پایین هیچ تشعشعی نشر نیابد فرایند خاموشی غیر تابشی نامیده میشود.

اسلاید 4 :

تئوری طیفسنجی جذب اتمی
در تکنیک AAS، برهمکنش نور با اتمهای آزاد در فاز گازی مطالعه میشود.
این روش یکی از شاخههای طیفسنجی اتمی به شمار میرود.
الکترون در حالت انرژی کوانتیده، با انرژی تعیین شده به دور هسته میچرخد.
الکترونها بین این حالتها یا مدارها با نشر یا جذب فوتون در فرکانسهای خاص، انتقال مییابند.

اسلاید 5 :

انتقال الکترون از لایههای پایین به لایههای بالا مستلزم جذب فوتون است.
فرکانس یا فرکانسهای جذبی جهت انتقال برای هر عنصر اختصاصی است.
با جذب نور توسط اتم الکترونهای حالت پایه آنها به سطح انرژی بالاتر منتقل میشوند.

اسلاید 6 :

اتمهای آزاد طیف خطی (Line Spectra) دارند.
اتمهای آزاد میتوانند انرژی نور را در سطح انرژی (یا طول موج متناظر آن) که با انرژی لازم جهت تحریک الکترون از عنصر مورد نظر مطابق است، جذب کنند.
این جذب برای گسترهای از طول موجها اتفاق نمیافتد و لذا منجر به یک طیف پهن نمیشود.

اسلاید 7 :

انرژی تحریک:
از اختلاف بین سطح انرژی حالت پایه و حالت تحریک الکترون تعیین میشود.
ΔE=hν
ΔE: انرژی تحریک یا اختلاف انرژی سطوح پایه و تحریک شده
h: ثابت پلانک برابر 6.62×10-34
ν: فرکانس فوتون جذب شده

اسلاید 8 :

برای هر فلز طول موج(های) مشخصی وجود دارد که توسط آن فلز جذب می شود.
برای هر فلز خاص، نور با طول موج معین از منبع تابش اختصاصی تابیده و به آشکارساز (Detector) میرسد.
اساس آنالیز AAS ، استفاده از دستگاه جذب برای ارزیابی غلظت آنالیت در نمونه است؛ از این رو نیازمند رابطهای میان میزان نور جذب شده توسط نمونه و غلظت نمونه هستیم که همان «قانون بیر لامبرت» است. این قانون تجربی، ارتباط شدت نور جذب شده در اثر عبور از ماده همگن بدون پراکندگی را با خصوصیات مواد بیان میکند. این قانون به صورت زیر بیان میشود:

اسلاید 9 :

این دستگاه دارای ۵ قسمت اساسی است:
۱. منبع تابش ۲. اتم ساز ۳. مونوکروماتور ۴. دتکتور ۵. ثبات منبع تابش از مهمترین خصوصیاتش توانایی تولید باریکهای از تابش با توان کافی و پایدار است. منابع در این روش باید خطی باشند مثل هالو کاتد لامپها hollow cathode lamps.

لامپ های کاتدی توخالی (HCL,Hallow cathode lamp) متداول ترین منابع تابشی هستند. این لامپ ها معمولا از یک کاتد توخالی استوانه ای از جنس عنصر مورد نظر می باشد. اعمال پتانسیل بین دو الکترود سبب یونش گاز و در نتیجه ایجاد جریان می شود. توخالی بودن کاتد سبب تجمع بیشتر الکترون ها و افزایش شدت نور تولیدی می شود. کاتیون های گازی با انرژی جنبشی مناسب سبب کندن تعداد اتم های فلزی از سطح کاتد می شوند و ابر اتمی تشکیل می شود که بخشی از آنها در حالت تهییج طیف نشری مشخصه فلز را نشر می کنند. عموما بیشتر این لامپ ها تک عنصری هستند یعنی جنس کاتد آنها فقط شامل یک عنصراست. اما گاهی ازعناصری مناسب برای ساخت یک آلیاژ کاتدی استفاده می شود که در این صورت، یک لامپ برای اندازه گیری دویا چند عنصر نیز به کار برده می شود.

اسلاید 11 :

چاپر (Chopper) یا مدوله کننده مکانیکی یا الکتریکی:
بین منبع تابش و اتمساز قرار دارد و تابش حاصل از منبع را مدوله میکند.
آشکارساز فقط تابش مدوله را تشخیص میدهد.
بنابراین مزاحمت نورهای نشر شده از اتمساز در طول موج منبع تابش حذف میشود.

اسلاید 12 :

اتم ساز

جذب نور نشرشده از منبع تابش توسط اتم های آزاد یک عنصر در حالت گازی صورت می گیرد. وظیفه اصلی یک اتم ساز (Atomizer) تولید اتم های آزاد مولکول ها یا یون های موجود در نمونه است. این قسمت برای دستگاه AAS بسیار با اهمیت است زیرا حساسیت اندازه گیری مستقیما با اتمی شدن آنالیت در نمونه و در نتیجه کارایی اتم ساز متناسب است.

روش های اتمی کردن متفاوتی تاکنون ارائه شده است. براساس نوع اتم ساز اسپکتروسکوپی جذب اتمی (AAS) به زیرمجموعه هایی تقسیم می شود که متداول ترین آنها اسپکتروسکوپی جذب اتمی (AAS) شعله و اسپکتروسکوپی جذب اتمی (AAS) الکتروترمال هستند.

شدت نشر به مقدار زیادی تحت تاثیر دما قرار می گیرد. به همین علت اتم سازها، نقش بسیار تعیین کننده ای در  آنالیز و اندازه گیری های طیف سنجی نشر اتمی دارند. اتم سازها در روش های نشری ضمن حلال زدایی، تبخیر و اتمی کردن نمونه، وظیفه تهییج اتم ها را نیز بر عهده دارند و بنابراین به عنوان منبع تابش نیز عمل می کنند.

اسلاید 16 :

اتمیزاسیون شعلهای

در استفاده از اتمساز شعلهای، نمونه باید ابتدا جهت آنالیز بصورت محلول درآید.
انتخاب روش انحلال مناسب برای هر نمونه و عنصر حائز اهمیت است.
نمونه پس از انحلال، جهت اتمی شدن توسط مهپاش (Nebulizer) به اتمساز تزریق میگردد.
Nebulizer: وسیلهای برای پاشیدن قطرات محلول نمونه به شعله است

اسلاید 18 :

مونوکروماتور

به طور کلی یک مونوکروماتور یا تکفام ساز (Monochromator) پرتو چندفام را به پرتو تک فام تبدیل می کند. این عمل معمولا با استفاده از منشور (Prism)و توری یا گریتینگ(Grating) صورت می گیرد. وظیفه اصلی مونوکروماتور دراسپکتروسکوپی جذب اتمی (AAS) جداسازی طول موج موردنظر (تابش رزونانسی عنصر کاتدی) از بقیه خطوط نشری ست که مواد موجود در کاتد یا گاز پرکننده منبع تابشی از خود ساطع می کنند.
قدرت جداسازی مونوکروماتور در  AAS چندان مهم نیست چون استفاده از منبع تابش ویژه هر عنصر فلزی این روش را تا حد زیادی گزینش پذیر کرده است. در هر صورت عرض شکاف های خروجی و ورودی به منظور افزایش حساسیت پهنای باند مناسب و مزاحمت های طیفی باید بهینه شوند.

اسلاید 20 :

آشکارساز

آشکارسازها (Detector) سیگنال نوری را در یک طول موج ویژه اندازه گیری می کنند. به این صورت که شدت نور دریافت شده از مونوکروماتور را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. رایج ترین آشکارساز مورد استفاده در اسپکتروسکوپی جذب اتمی (AAS)، لوله های فوتو تکثیر کننده Photomultiplier tube, (PMT) هستند. اساس کار PMT بهره گیری از پدیده فوتوالکتریک است که در آن الکترون بعد از جذب انرژی، یک پرتو الکترومغناطیس از خود گسیل می کند. توانایی آشکارسازی PMT در محدوده نور مریی، ماورا بنفش و مادون قرمز نزدیک (۲۰۰ تا ۸۰۰ نانومتر)  قرار دارد.

آشکارساز PMT از یک لوله شیشه ای خلاء که در آن فوتوکاتد و به دنبال آن چندین دینود (Dynode) قراردارد، تشکیل شده است. فوتوکاتد با موادی که به راحتی یونیده می شوند، پوشیده شده است. این مواد معمولا مخلوطی از فلزات قلیایی مانند آلیاژ سزیم-انتیموان، که با برخورد نور الکترون گسیل می کنند، هستند. سپس این الکترون های گسیل شده بسوی یک دینود شتاب داده می شوند. با برخورد الکترون با دینود، الکترون های ثانویه ای با ضریب مشخص تولید می شود. هدایت الکترون های تولید شده در دینود اول به دینود دوم، که پتانسیل بیشتری دارد، سبب تولید تعداد بیشتری الکترون آزاد می شود. معمولا در هرPMT  تا ۱۰ دینود استفاده می شود که چون به صورت متوالی تعداد الکترون ها در هر دینود افزایش می یابد در نهایت حتی از سیگنال های ضعیف نیز پالس بلندی تولید می شود.