انواع طیف سنجی جذب اتمی و کاربردشان در صنعت

پرتوژن
۲۱ بهمن, ۱۴۰۲
بدون دیدگاه
3 دقیقه زمان مطالعه
انواع طیف سنجی جذب اتمی و کاربردشان در صنعت

 

طیف سنجی جذب اتمی/اتمیک ابزوربشن چیست؟

طیف سنجی جذب اتمی یک تکنیک آنالیز ابزاری برای آنالیز سریع فلزات است که بر اساس جذب نور با طول موج خاص عنصر توسط اتم های حالت پایه در شعله یا کوره گرافیت الکتروترمال است.

کاربردهای بسیار زیادی در آنالیز فلزات کمیاب در خاک ها، دریاچه ها، رودخانه ها، اقیانوس ها و آب آشامیدنی، داروها، غذاها و نوشیدنی ها، نمونه های زمین شناسی و کانی شناسی، فرآورده های نفتی، مایعات و نمونه های بیولوژیکی و آنالیز پزشکی قانونی پیدا می کند. هنگامی که از اتمیزه کردن کوره گرافیت استفاده می کنیم، معمولاً نتایج در سطوح ppm و حساسیت بالاتر سطوح ppb به دست می آید.

 

کاربردهای طیف سنجی جذب اتمی

طیف سنجی جذب اتمی راه حل های مقرون به صرفه ای را برای آنالیز مقادیر کمی از فلزات در کل طیف مواد طبیعی و مصنوعی مانند نمونه های زمین شناسی، نمونه های محیطی، نمونه های بیولوژیکی، محصولات کشاورزی و خاک، داروها، مواد غذایی و آب آشامیدنی ارائه می دهد.

این تکنیک مزایای سرعت، حساسیت و دقت را نسبت به روش‌های وزن سنجی کلاسیک دارد. معرفی لوازم جانبی مانند کوره گرافیت، آنالیز تزریق جریان و بهبود در سرکوب تداخل‌های ماتریس به بهبود حساسیت و انتخاب آنالیت‌ها در ماتریس‌های پیچیده کمک کرده است.

کاربردهای طیف سنجی جذب اتمی در زمینه محیط زیست، آب آشامیدنی، معدن و کانی شناسی، مطالعات اقیانوس شناسی، خاک، داروسازی، غذاها، اسباب بازی ها، تحقیقات پزشکی قانونی از اهمیت بالایی برخوردار است.

این فهرست بی پایان است و وجود یا عدم وجود فلزات کمیاب عاملی است که نمی توان برای ارزیابی ویژگی های مواد یا نگرانی های مربوط به سلامت و ایمنی انسان نادیده گرفت.

تکنیک های شیمیایی مورد استفاده برای آنالیز فلزات کمیاب از روش های وزن سنجی ساده به تکنیک های ابزاری بسیار پیچیده صرفه جویی در زمان تکامل یافته اند. طیف سنجی جذب اتمی یک تکنیک محبوب است که شامل سرمایه گذاری متوسط ​​و هزینه عملیاتی مقرون به صرفه است.

این ویژگی‌ها همراه با درجه بالایی از نتایج دقیق به حضور گسترده طیف‌سنج‌های جذب اتمی در آزمایشگاه‌های دانشگاهی، آزمایشگاه‌های صنعتی و آزمایشگاه‌های بدنه نظارتی در سراسر جهان کمک کرده است.

 

اصل طیف سنجی جذب اتمی

طیف‌سنجی جذب اتمی (AAS) بر این اصل استوار است که اتم‌های آزاد در حالت پایه می‌توانند نور با طول موج خاصی را جذب کنند. این طول موج‌های بسیار خاص، ویژگی و محدودیت‌های تشخیص عالی را در آنالیز AAS به تکنیک می‌دهد. جذب برای هر عنصر خاص است، هیچ عنصر دیگری این طول موج را جذب نمی کند. کاربردهای معمول AAS عبارتند از:

  • غلظت کمی فلز در محلول
  • آنالیز سرب در رنگ
  • پایش فلزات کمیاب در جریان های پساب صنعتی
  • عناصر کمیاب در محصول/مواد اولیه همراه با ICP-MS
  • آنالیز مواد افزودنی و خلوص در فولادها و سایر آلیاژهای فلزی
  • آنالیز آلاینده های سطح پایین

چندین تکنیک تحلیلی برای تشخیص و تخمین کمی فلزات کمیاب در انواع مختلف ماتریس استفاده شده است. تکنیک‌های کلاسیک مبتنی بر وزن‌سنجی و تیتراتومتری دقت خوبی ارائه می‌کردند اما زمان‌بر بودند.

افزایش تقاضا برای آنالیز با سرعت بالا منجر به معرفی روش‌های ابزاری مانند الکترودهای انتخابی یون، تکنیک‌های طیف‌سنجی UV-VIS، طیف‌سنجی جذب اتمی، ICP – OES و ICP – MS شد. انتخاب تکنیک به سطوح تشخیص مورد نیاز، مقدار نمونه موجود و مهمترین بودجه موجود بستگی دارد. این موضوع تا حدی در مقاله پوشش داده شده است که کدام تکنیک تحلیل عنصری برای من مناسب است.

طیف سنجی جذب اتمی یک تکنیک تحلیل ابزاری با قیمت متوسط ​​است که درجه بالایی از دقت نتایج را ارائه می دهد. به دلیل توان آنالیز بالا، جایگاه شایسته خود را در آزمایشگاه های دانشگاهی، آزمایشگاه های کنترل آلودگی و آزمایشگاه های کنترل کیفیت صنعتی پیدا می کند.

مقاله حاضر به برخی از زمینه‌هایی اشاره می‌کند که آگاهی از کار با یک طیف‌سنج جذب اتمی به عنوان یک دارایی در افزایش رشد حرفه‌ای شما خواهد بود.

در صورتی که درگیر هر یک از فعالیت‌ها یا زمینه‌های مورد بحث در مقاله هستید یا می‌خواهید در چنین مناطقی فرود بیایید، از طریق ارتقاء دانش و مهارت‌های فنی خود در این تکنیک به دست خواهید آورد.

 

کاربردهای طیف سنجی جذب اتمی

معدن و زمین شناسیترکیب عنصری کانی‌ها و سنگ‌ها اطلاعات ارزشمندی در مورد امکان‌سنجی تجاری انجام فعالیت‌های معدنی در مناطق اکتشاف شده ارائه می‌کند. پس از استخراج، سنگ معدن و مواد معدنی باید از نظر ترکیب برای کارایی عملیات پالایش آزمایش شوند. به طور مشابه، آنالیز فلزات کمیاب ارزش زیادی در اکتشاف برای ذخایر نفت و آب دارد.

راهنمای جامع خرید کروماتوگرافی مایع با عملکرد بالا (HPLC)
مشاهده

سنگ های قیمتی نیز بر اساس وجود فلزات کمیاب درجه بندی می شوند. ترکیب عنصری آثار باستانی برای ردیابی منبع آنها مفید است.

پایش محیط زیست– پایش محیطی برای آلودگی فلزات ردیابی پساب‌های صنعتی، اقیانوس‌ها، رودخانه‌ها و دریاچه‌ها برای ایجاد ایمنی آب برای مصارف شرب و تجاری مهم است. مهم است که مشخص شود آیا چنین نمونه هایی در محدوده ایمنی تعیین شده توسط نهادهای نظارتی هستند یا خیر. پایش محیطی نیز نقش بسزایی در ارزیابی و امکان سنجی سایت برای راه اندازی پروژه های تجاری دارد.

توسعه مواد– خواص رایج مواد مانند سختی، شکنندگی، اندازه دانه، کریستالینیتی و ماهیت بی شکل به طور قابل توجهی تحت تأثیر ترکیب و فلزات کمیاب است. آنالیز فلزات ردیابی می تواند اطلاعات مفیدی در مورد خواص عملکردی چنین موادی ارائه دهد.

داروسازیآنالیز ردیابی فلز نقش مهمی در توسعه فرمولاسیون، کارایی کاتالیزور و محدودیت‌های دوز دارد. اکثر عناصر تا حدود مشخصی نقش مفیدی دارند اما فراتر از این محدودیت ها اثرات مضری دارند.

غذاها و نوشیدنی ها– در غذاهای فرآوری شده مصنوعی، برداشت فلز به دلیل تماس با تجهیزات فرآوری و تبدیل کاتالیزوری صورت می گیرد. آگاهی مصرف کنندگان در مورد ایمنی مواد غذایی روز به روز در حال افزایش است، بنابراین تولید کنندگان باید اطمینان حاصل کنند که فلزات کمیاب از حد مجاز تجاوز نمی کنند و این مستلزم کنترل کیفیت دقیق از طریق طیف سنجی جذب اتمی و سایر ابزارهای پیچیده است.

نفت– هم روغن های خوراکی و هم روغن های معدنی قبل از مصرف نیاز به تصفیه دارند. چنین عملیات پالایشی می تواند شامل تقطیر و همچنین پالایش کاتالیزوری باشد. جذب فلزات در طول چنین عملیاتی می تواند منجر به بدتر شدن عملکرد یا خطرات مصرف کننده شود. آنالیز فلزات ردیابی روغن موتور اطلاعات تشخیصی مفیدی در مورد سایش و پارگی قطعات موتور ارائه می دهد.

کشاورزی– تشکیل فلزات کمیاب خاک علاوه بر ماهیت اسیدی یا بازی آنها برای تعیین بهره وری و ارزش غذایی آنها ضروری است. ترکیب ردیابی فلزی گیاهان (برگ، ساقه و ریشه) ایده منصفانه ای در مورد نحوه توزیع مواد معدنی تحت شرایط مختلف رشد می دهد.

پزشکی قانونی آنالیز فلزات ردیابی اطلاعات ارزشمندی در مورد نمونه هایی مانند محتویات معده برای مسمومیت غذایی، تراشه های رنگ، الیاف و رشته های مو جمع آوری شده از صحنه جنایت فراهم می کند.

 

انواع طیف سنجی جذب اتمی

امروزه، سیستم های طیف سنجی جذب اتمی (AAS) ابزار نسبتاً ارزانی هستند. برخی نیز قابلیت چند عنصری (چند) را پیش بینی می کنند. انواع مختلفی از طیف سنجی جذب اتمی وجود دارد – سیستم های شعله (F AAS)، بخار سرد (CV AAS)، هیدرید مولد (HG AAS) و کوره گرافیت (GF-AAS).

 

اجزای دستگاه جذب اتمی

اتمایزر

نمونه باید ابتدا اتمیزه شود تا مورد مطالعه قرار گیرد. اتمیزه کردن گام مهمی در AAS است که به تعیین حساسیت قرائت کمک می کند. یک اتمایزر موثر تعداد زیادی اتم آزاد همگن ایجاد می کند. اگرچه انواع مختلفی از اتمایزرها وجود دارد، اما معمولاً از دو دستگاه استفاده می شود: اتمایزرهای شعله ای و الکتروترمال.

منبع تشعشع

یک منبع تشعشع وجود دارد که به نمونه اتمیزه شده تابش می کند. نمونه مقداری از تابش را جذب می کند و بقیه از طریق طیف سنج به دتکتور می رسد. منابع تابشی دو دسته هستند: منابع خطی و منابع پیوسته. منابع خطی آنالیت را تحریک می کنند و بنابراین طیف خطی خود را منتشر می کنند. منابع پیوسته دارای تشعشعاتی هستند که در طیف وسیع تری از طول موج ها پخش می شوند.

طیف سنج

طیف سنج ها برای تمایز بین انواع مختلف طول موج های نور قبل از عبور آنها به دتکتور استفاده می شود. طیف سنج در AAS می تواند تک پرتو یا دو پرتو باشد.

طیف‌سنج‌های تک پرتوی برای عبور مستقیم از نمونه اتمیزه شده به تشعشع نیاز دارند. در حالی که طیف‌سنج‌های دو پرتو به دو پرتو نور نیاز دارند – یکی از پرتوها که مستقیماً از نمونه عبور می‌کند و دیگری که اصلاً از نمونه عبور نمی‌کند.

راهکارهای تست شیمیایی و پتروشیمی برای مواد خام تا محصولات نهایی
مشاهده

 

واژه نامه اصطلاحات AAS

در صورتی که قبلاً با این تکنیک آشنایی ندارید، واژه نامه به شما کمک می کند تا اصطلاحات را درک کنید.

 

 جذب اتمی

مطالعه جذب نور خاص عنصر توسط اتم های حالت پایه برای تخمین غلظت عنصر در محلول نمونه.
اتمیزه کردن فرآیند کاهش اتم های نمونه به حالت پایه با اعمال گرما به وسیله شعله یا کوره گرافیت.
اتم کوچکترین ذره یک عنصر یا ترکیب. این هسته از یک هسته مرکزی حاوی ذرات خنثی به نام نوترون و پروتون های با بار مثبت تشکیل شده است. الکترون ها هسته مرکزی را در پوسته هایی با سطوح انرژی مختلف می چرخانند. تعداد الکترون ها برابر با تعداد پروتون های اتم خنثی است.

طیف سنجی نشر اتمی

شناسایی کیفی و تعیین کمی عنصر با گسیل طول موج مشخصه نور در تحریک یک عنصر با استفاده از شعله یا پلاسما

طیف سنجی فلورسانس اتمی

اندازه‌گیری نور ساطع شده در هنگام فروپاشی عناصر از حالت‌های برانگیخته. اندازه‌گیری در زاویه‌ای نسبت به مسیر پرتو نوری انجام می‌شود تا دتکتور فقط فلورسانس را در شعله ببیند و نور تصادفی لامپ را نبیند.
جذب مقدار یا کسری از نور فرودی جذب شده توسط اتم های حالت پایه. با تعداد اتم های حالت پایه در مسیر پرتو و همچنین با طول مسیر نوری شعله مطابق با قانون جذب نور بیر لامبرت نسبت مستقیم دارد.
واحد جذب نسبت شدت پرواز ارسالی به شدت نور فرودی. این مقدار یک واحد کمتر است اما معمولاً در واحدهای جذب (EU) بیان می شود.
آسپیراسیون تلفات کاهش جریان نمونه مایع به قطرات ریز برای ورود به شعله
استیلن گازی که معمولاً به عنوان سوخت برای پشتیبانی از احتراق شعله استفاده می شود. دماهای بین 2150-23000 درجه سانتیگراد را فراهم می کند.
آرگون گاز معمولاً به عنوان گاز پرکننده در لامپ های هالوکاتد و به عنوان حامل نمونه در آنالیز کوره گرافیت استفاده می شود.
هوا به عنوان اکسیدان در ترکیب با استیلن به عنوان گاز سوخت برای پشتیبانی از شعله استفاده می شود
کمپرسور هوا دستگاهی برای تحویل هوا به طیف سنج جذب اتمی. کمپرسور هوای بدون روغن ترجیح داده می شود زیرا در نتیجه از آلودگی روغن جلوگیری می شود
برنر جزئی از سیستم AAS ساخته شده از بدنه فلزی جامد که دارای شکاف بر روی سطح صاف بالایی برای تامین شعله مورد نیاز برای اتمی شدن نمونه است.
زاویه شعله این زاویه برش یک توری با فرمان مکانیکی است که در آن زاویه تابش برابر با زاویه بازتاب است به طوری که شدت نور با کمترین تلفات ناشی از پراش بیشتر باشد. برای بهره وری بیشتر از درجه بندی های دو شعله ای استفاده می شود که توان عبور نور بیشتری را در محدوده طول موج طیف سنج فراهم می کند.
زمینه هر نور اضافی غیر از نور عبوری که به دتکتور می رسد و بر جذب سیگنال تأثیر می گذارد.
تصحیح پس زمینه ابزارهایی که برای کاهش اثرات پس‌زمینه روی سیگنال اعمال می‌شوند
غلظت مقدار عنصر موجود در حجم واحد محلول. معمولاً به صورت ppm (mg/lit) یا ppb (μg/lit) بیان می‌شود.
غلظت مشخصه غلظت عنصر بیان شده بر حسب میلی گرم در لیتر برای تولید سیگنال جذب 1% یا جذب 004/0 مورد نیاز است. آگاهی از غلظت مشخصه به پیش بینی محدوده غلظت مورد نیاز برای تولید سطوح جذب بهینه برای آنالیز کمک می کند
کولیماسیون تراکم پرتو نور بر اساس نیاز اندازه
کاتد یک الکترود در داخل لامپ ساخته شده از فلز خالص که آنالیز آن در محلول نمونه مورد نیاز است
چاپر یک دیسک نیمه شفاف نیمه مات که در مسیر پرتو می چرخد ​​تا پرتو را شکافته و به طور متناوب اجازه عبور آن از نمونه یا اطراف آن را بدهد تا عملکرد پرتو دوگانه موثری داشته باشد.

آنالیز بخار سرد جیوه

آنالیز جیوه بدون استفاده از سل نمونه گرم شده به عنوان جیوه تنها عنصری است که به صورت مایع در دمای اتاق وجود دارد.
منابع دوتریوم یک منبع نور برای ارائه تصحیح پس‌زمینه در آنالیز شعله
دتکتور جزئی از سیستم که شدت نور عبوری را ثبت می کند. تیوب فتومولتیپلایر دتکتور رایج در AAS است
سیستم دو پرتویی آرایش نوری که به طور متناوب به پرتو نور اجازه می دهد از نمونه عبور کند و آن را به عنوان یک پرتو مرجع گرد کند.
دیسولویشن قطرات نمونه را با حرارت داخل شعله از بین ببرید

سیستم تهویه اگزوز

مجموعه ای برای حذف گازهای خورنده داغ ناشی از احتراق و بخارات ناشی از شعله

لامپ الکترود/تخلیه

یک لامپ برای آنالیز عناصر فرار استفاده می شود. این یک منبع نور با انرژی بالا است که طول عمر بیشتری نسبت به لامپ های هالوکاتد مربوطه دارد.
برانگیختگی تحریک یک اتم حالت پایه به حالت های انرژی بالاتر با استفاده از تابش الکترومغناطیسی
سرپوش انتهایی پوشش قابل جدا شدن اسپری چمبر که برای وارد کردن نمونه به اسپری چمبر و همچنین نگه داشتن نبولایزر عمل می کند.
اسپویلر جریان دستگاهی در داخل اسپری چمبر که برای حذف قطرات بزرگ نمونه استفاده می شود
شعله سیستم اتمیزه سازی که از شعله استفاده می کند. معمولاً مخلوط گاز هوا – استیلن یا اکسید نیتروژن – استیلن برای احتراق دمای بالاتر
فلاش بک حرکت معکوس شعله داخل برنر به سمت اسپری چمبر به دلیل نسبت بیشتر اکسیدان یا حتی اکسیژن خالص در شعله. اغلب منجر به انفجار شدید و آسیب به اسپری چمبر می شود
کوره یک تیوب گرافیتی به طول حدود یک سانتی متر با یک سوراخ در بالا برای اتمیزه کردن نمونه با استفاده از گرمایش الکتریکی تیوب
FIAS سیستم آنالیز تزریق جریان برای آنالیز خودکار با استفاده از تولید هیدرید
کوره گرافیت همانند کوره
گریتینگ دستگاه پخش کننده نور که در مونوکروماتور استفاده می شود
لامپ هالوکاتد منبع نور مورد استفاده برای آنالیز AAS که مخصوص فلز است که در نمونه آنالیز می شود. برای برخی از عناصر از لامپ های هاوکاتد چند عنصری نیز استفاده می شود

تکنیک تولید هیدرید

برای آنالیز عناصر تشکیل دهنده هیدرید فرار مانند As، Bi، Ge، Pb، Sb، Se، Sn، Te استفاده می شود.
گلس بید قطعه ای در داخل اسپری چمبر برای حذف قطرات بزرگ از جریان نمونه
تداخلات اثراتی که منجر به تغییر نتایج ناشی از تداخل طیفی یا غیر طیفی می شود
پلت فرم L’vov پلت فرم کوچک ساخته شده از گرافیت جامد با پوشش پیرولیتیک که در پایین در داخل تیوب گرافیت قرار می گیرد. نمونه در یک فرورفتگی در پلت فرم قرار می گیرد. اجازه گرمایش یکنواخت را می دهد و اتمی شدن را به تاخیر می اندازد تا شرایط دمایی پایدار در داخل کوره موعظه شود.
مونوکروماتور وسیله ای است که برای پراکندگی نور فرودی با استفاده از منشور یا گریتینگ، آینه های بازتابنده و ترکیبی از شکاف های ورودی و خروجی برای جداسازی طول موج مورد نیاز و برخورد پرتو نور استفاده می شود.
آینه جزء منعکس کننده نور مونوکروماتور با سطح روکش آلومینیومی یا طلایی برای کاهش آسیب خوردگی و ایجاد بازتاب بالا
MHS سیستم هیدرید جیوه برای آنالیز عناصر فرار با تشکیل هیدرید
تداخل ماتریسی تداخل ناشی از تفاوت در پارامترهایی مانند ویسکوزیته، کشش سطحی بین نمونه و محلول های استاندارد

سیستم واکنش مایکروویو

هضم خودکار نمونه ها در تیوب های بسته با استفاده از امواج صوتی. مزایای سرعت هضم، هزینه و رهایی از بخارات سمی را ارائه می دهد

اصلاح کننده ماتریس

ماده ای که برای کاهش تداخلات شیمیایی استفاده می شود
نبولایزر دستگاهی برای تولید آئروسل نمونه در داخل اسپری چمبر
روزنه دهانه تیوب سوراخ کوچک
پلی کروماتور یک دستگاه پخش نور با استفاده از آرایه ای از دتکتورها برای تشخیص همزمان عناصر در یک نمونه

دتکتور تیوب فتومولتیپلایر

یک دستگاه تشخیص مورد استفاده در AAS که جریان تولید شده در اثر برخورد فوتون ها بر روی سطح حساس به نور را تقویت می کند
منشور یک عنصر پخش کننده نور
کوارتز یک ماده شفاف UV که برای ساخت لامپ هالوکاتد و پنجره های انتهایی تیوب گرافیتی استفاده می شود
عرض شکاف عرض شکاف های ورودی و خروجی مونوکروماتور بر حسب میلی متر بیان می شود
STPF سکوی کوره دمای تثبیت شده ترکیبی از عوامل ابزاری و تحلیلی برای ارائه دقت بالای نتایج است
گرمایش عرضی گرم کردن کوره گرافیت عمود بر محور آن برای ایجاد گرمایش یکنواخت تیوب گرافیتی در طول آن
محدوده UV محدوده طول موج 180 تا 350 نانومتر. اکثر عناصر دارای نوارهای جذب خاصی در این ناحیه هستند
تصحیح پس‌زمینه زیمن

تصحیح پس زمینه پیشرفته در آنالیز کوره گرافیت که شامل اعمال میدان مغناطیسی عمود بر کوره گرافیت است، استفاده می شود. برای تصحیح پس زمینه ماتریس های پیچیده موثر است.

آنالیز سموم مایکوتوکسین ها با دستگاه HPLC
مشاهده

 

بدون دیدگاه
اشتراک گذاری
اشتراک‌گذاری
با استفاده از روش‌های زیر می‌توانید این صفحه را با دوستان خود به اشتراک بگذارید.