طیف بینی

[mim-shimi 25,686]

ابداع تكنيكهاي جديد تجزيه و بسط و تكامل روشهاي تجزيه شيميايي موجود آنقدر سريع و گسترده است كه اندكي درنگ در تعقيب رويدادهاي تازه سبب بوجود آمدن فاصله هاي بعيد علمي ميشود .

در دنياي پيچيده تكنولوژي جديد و توليد انبوه , كنترل كيفيت محصولات صنعتي و غير صنعتي جايگاه ويژه خود را دارد و استخوانبندي اين كنترل كيفيت را تجزيه شيميايي انجام شده به كمك روشهاي دستگاهي تشكيل ميدهد .

هدف يك تجزيه شيميايي , فراهم آوردن اطلاعاتي درباره تركيب نمونه اي از يك ماده است .

در بعضي موارد اطلاعات كيفي در مورد حضور يا عدم حضور يك يا چند جزء در نمونه كافي است , در موارد ديگر اطلاعات كمي مورد نظر است .

در تجزيه شيميايي از روشهاي تجزيه اي كه معمولا بر طبق خاصيتي كه در فرايند اندازه گيري نهايي مشاهده مي شود, استفاده مي گردد .

 

يكي از اين خواص فيزيكي جذب تابش است كه از طيف يعني جذب اتمي براي اندازه گيري اين خاصيت استفاده ميشود.

 

 

 

 

طيف بيني جذب اتمي شامل مطالعه جذب انرژي تابشي ( معمولا در نواحي ماوراء بنفش و مرئي ) بوسيله اتمهاي خنثي در حالت گازي است .

اصول جذب اتمي اساسا مشابه همان اصولي است كه براي جذب تابش مرئي و ماوراء بوسيله محلولها ميباشد .

سودمندي بالقوه ي جذب اتمي براي تجزيه عناصر فلزي ابتدا در 1955 بوسيله ي واش و آلكميد و ميلاتز { 1 } پيشنهاد شد از آن زمان تا به حال روشهايي براي تعيين 65 عنصر بوجود آمده اند و تعداد كثيري دستگاههاي تجاري كه مخصوصا براي اين نوع تجزيه طراحي شده اند , در دسترس قرار گرفته اند .

 

 

در يك تجزيه جذب اتمي عنصر مورد اندازه گيري بايد به حالت عنصري كاهش يابد , تبخير شود و سر راه دسته شعاع تابش منبع قرار گيرد اين فرايند اغلب با كشيدن محلولي از نمونه به صورت مه رقيق به داخل يك شعله مناسب انجام مي گيرد. بنابراين شعله عملي مشابه با عمل سلول و محلول در طيف بيني جذبي معمولي انجام ميدهد.

 

 

 

طيف جذبي يك عنصر در شكل گازي و اتمي آن مركب از يك سري خطوط باريك كاملا مشخص كه از جهشهاي الكتروني بيروني ترين الكترونها بوجود مي آيند . انرژي هاي بسياري از اين جهشها براي فلزات با طول موجهايي در نواحي ماوراء بنفش و مرئي مطابقت دارند . نمودار تراز انرژي براي بيروني ترين الكترونهاي يك عنصر وسيله ي مناسبي را براي نشان دادن نوع انتقالات مسئول جذب اتمي فراهم مي سازد.

بعنوان مثال اتم هاي سديم در محيط يك شعله قادر به جذب تابش طول موجي هستند كه نشان مي دهد يك الكترون از 36 به يكي از حالتهاي تحريك شده بالاتر ميباشد .

با توجه به سبك هاي جذبي در A0 5890 و A0 5895 و A0 8 / 3202 و A0 0 / 3303 نشان از انتقالات الكتروني از 36 به P 3 و P 4 است . البته جذب مربوطه از P 3 و P 5 به حدي ضعيف است كه آشكار نمي شود . زيرا تعداد اتمهاي سديم در P 3 بسيار ناچيز است . پس طيف جذبي اتمي هر يك از خطوط از رزونانسي ناشي از انتقالات از حالت عادي به ترازهاي بالاتر است .

دو روش از اين لحاظ شباهت دارند كه هر دو روش مبتني بر رويدادهايي است كه هنگام افشاندن يك نمونه به داخل شعله اتفاق مي افتند .

لذا در نور سنجي شعله اي اين تابش نشر شده بوسيله اتمهاي تحريك شده است كه متناسب با غلطت ميباشد . در حاليكه در جذب اتمي تابش جذب شده بوسيله ي اتمهاي تحريك نشده تعيين ميشود.

اثر دما بر روي اتمهاي تحريك شده بسيار بيشتر از اتمهاي تحريك نشده است . با اين حال بايد دماي شعله بطور قابل قبولي كنترل شود تا از اثرات غير مستقيمي مثل تعريض فشاري ( پهن شدن پيك در اثر برخورد بين اتمها و تغيير در ترازهاي انرژي حالت عادي ) تعريض دوپلري ( كه بعلت حركت سريع ذرات جذب كننده نسب به منبع , پيكها پهن مي شوند ) و متعاقبا اثر آن در كاهش ارتفاع پيك و . . . . جلوگيري كرد.

 

 

 

بدليل آنكه خطوط جذب اتمي بسيار باريك اند و به علت اينكه انرژي هاي انتقالات براي هر عنصر منحصر به فردند . روشهاي تجزيه اي بر پايه ي اين نوع جذب بسيار اختصاصي هستند . از سوي ديگر محدود بودن پهناي خط مسئله ساز است . با توجه به اينكه قانون بير (1) تنها براي تابشهاي تكفام بكار مي رود هيچ تكفامسازي نمي تواند يك نوار تابشي به باريكي پهناي پيك يك خط جذب اتمي ( A0 5% - 2 % ) را توليد كند و چون كسر تابش خارج شده است نسبت به تابش مربوط به پيك جذب كوچك است قانون بير جوابگو نخواهد بود .

 

والش (2) براي اين مشكل يك روشي ارائه داده است و آن اينكه يك منبع تابشي بكار گرفت و فقط يك خط با طول موج همانند طول موج بكار رفته براي تجزيه ي جذبي نشر مي كرد. مثلا اگر خط جذب A0 5890 سديم براي تجزيه آن عنصر انتخاب شود يك لامپ بخار سديم مي تواند به عنوان منبع بكار رود. در يك چنين لامپي اتمهاي سديم در حالت گازي بوسيله ي تخليه الكتريكي تحريك مي شوند . پس اتمهاي تحريك شده در موقع بازگشت به ترازهاي با انرژي كمتر تابش مشخصه اي از خود منتشر مي كنند . قسمتي از تابش منتشر شده دقيقا همان طول موجهايي را خواهد داشت كه خطوط جذبي رزونانسي دارند . بنابراين اتمهاي سديم كه به حالتهاي 36 تحريك شده اند خطوط A0 5890 و A0 5895 را منتشر مي كنند .

طبق شكل 1 برگشت از حالت 5S ممكن است دو خط در حوالي A0 60 / 6 توليد كند كه مربوط به انتقالات 5S به 3P ميباشند . تابش هاي حاصل از انتقالات بعدي 3P به 3S نيز مشاهده مي شوند . در يك منفعي كه بطور مناسب طراحي شده است خطوط نشري داراي عرض هاي نواري خواهند بود كه بطور قابل ملاحظه اي كمتر از عرض نوارهاي جذبي هستند . بنابراين تك فام ساز فقط احتياج دارد كه توانائي جداسازي يك خط نشري مناسب را براي اندازه گيري جذبي داشته باشد. در اين حالت تابش بكار گرفته شده به اندازه كافي در گستردگي طول موج محدود است تا اجازه ي اندازه گيري هاي جذبي را در پيك جذب بدهد . در اين حالت حساسيت بيشتر و تبعيت بهتري از قانون بير حاصل ميشود .

عيب اصلي اين تكنيك نيز به لامپ منبع جداگانه براي هر عنصر مورد تجزيه است . با اينكه قرار دادن تركيبي از عنصر مورد اندازه گيري در شعله ي بسيار داغ يك منبع خطي توليد مي كند اما هيچ يك از اين تكنيك ها به خوبي بكار گيري يك لامپ مخصوص براي هر عنصر رضايت بخش نيست .

 

 

 

طيف بيني جذب وسيله ي حساسي را براي تعيين بيش از 60 عنصر تامين ميكند . حد آشكار سازي و طول موج حساسترين پيكهاي جذب براي بعضي از عناصر متداول در جدول 1 آمده است .

 

 

 

اندازه گيريجذب : در يك دستگاه تك پرتوي تنظيم عقربه شمارگر روي صد در حالي انجام مي گيرد كه آب خالص به داخل شعله افشانده مي شود . ( و يا شعله از مسير نور خارج ميشود. ) سپس نمونه ها يا استانداردها به داخل شعله افشانده ميشوند و در صد عبور يا جذب مستقيما از روي صفحه مدرج خوانده مي شود . در دستگاه دو پرتوي توان پرتوي كه از داخل شعله مي گذرد با توان پرتوي كه در مسيري خارج از شعله عبور مي كند مقايسه ميشود .

 

 

 

در حاليكه بطور نظري جذب بايد متناسب با غلظت باشد غالبا انحرافاتي از خطي بودن مشاهده مي شود . بنابراين منحني هاي درجه بندي تجربي بايد بكار گرفته شوند . پس به قدر كافي متغييرهاي غير قابل كنترلي در توليد يك بخار اتمي وجود دارند كه اندازه گيري جذب حداقل يك محلول استاندارد را در هر نوبتي كه دستگاه به كار مي رود تجويز مي كنند . انحراف استاندارد از منحني درجه بندي اصلي مي تواند براي تصحيح نتايج تجزيه اي بكار گرفته شود .

 

 

 

 

 

تحت شرايط معمولي خطي نسبي مربوط به يك تجزيه ي جذب اتمي در حدود 1 تا 2 در صد است با احتياط هاي خاصي مي توان اين رقم را به چند دهم يك در صد كاهش داد.

 

 

 

 

1. A . walsh , Spectrocbim . Acta 7 . lo8 ( 1955 ) : C.T.J .

 

 

Alkemade and J . M . W . Milatz , Appl. Su . Researcb , B 4 289 ( 1955 ) .J . O

 

p t . Soc . Amer . 45 . 583 ( 1955 )

 

2. From w. Slavin . Atomic Absorption Spectros cpy p . 61 , New york .

 

Interscience Publi shers . 1968 . With permission