مطيافية الانبعاث الذري (AES) هي طريقة تحليل كيميائي تستخدم شدة الضوء المنبعث من اللهب أو البلازما أو القوس أو الشرارة عند طول موجي محدد لتحديد كمية العنصر في العينة.
يعطي الطول الموجي للخط الطيفي الذري هوية العنصر ، بينما تتناسب شدة الضوء المنبعث مع عدد ذرات العنصر. هذا هو جوهر التحليل الطيفي للانبعاثات الذرية. يسمح لك بتحليل العناصر والظواهر الفيزيائية بدقة لا تشوبها شائبة.
طرق التحليل الطيفية
يتم إدخال عينة من المادة (الحليلة) في اللهب كغاز ، أو محلول رش ، أو بحلقة صغيرة من الأسلاك ، وعادة ما تكون من البلاتين. تعمل الحرارة المنبعثة من اللهب على تبخير المذيب وتكسر الروابط الكيميائية ، مما يؤدي إلى تكوين ذرات حرة. تعمل الطاقة الحرارية أيضًا على تحويل الأخير إلى متحمسالحالات الإلكترونية التي تشع الضوء لاحقًا عند عودتها إلى شكلها السابق.
يصدر كل عنصر ضوء بطول موجي مميز ، والذي يتناثر بواسطة محزوز أو منشور ويكتشف في مطياف. الحيلة الأكثر استخدامًا في هذه الطريقة هي التفكك.
أحد التطبيقات الشائعة لقياس انبعاثات اللهب هو تنظيم المعادن القلوية للتحليلات الصيدلانية. لهذا ، يتم استخدام طريقة التحليل الطيفي للانبعاثات الذرية.
بلازما مقترنة حثيًا
مطيافية الانبعاث الذري للبلازما المقترنة بالحث (ICP-AES) ، والتي تسمى أيضًا مطياف الانبعاث البصري للبلازما المقترنة بالحث (ICP-OES) ، هي تقنية تحليلية تستخدم للكشف عن العناصر الكيميائية.
هذا نوع من التحليل الطيفي للانبعاثات الذي يستخدم بلازما مقترنة حثيًا لإنتاج ذرات وأيونات مثارة تنبعث منها إشعاعات كهرومغناطيسية بأطوال موجية مميزة لعنصر معين. هذه طريقة اللهب بدرجات حرارة تتراوح من 6000 إلى 10000 كلفن. تشير شدة هذا الإشعاع إلى تركيز العنصر في العينة المستخدمة في تطبيق طريقة التحليل الطيفي.
الروابط الرئيسية والمخطط
يتكون ICP-AES من جزأين: ICP ومقياس الطيف البصري. تتكون شعلة ICP من 3 أنابيب زجاجية كوارتز متحدة المركز. الناتج أو الملف "العامل" لمولد التردد اللاسلكي يحيط بجزء من موقد الكوارتز هذا.يشيع استخدام غاز الأرجون لإنتاج البلازما.
عند تشغيل الموقد ، يتم إنشاء مجال كهرومغناطيسي قوي داخل الملف بواسطة إشارة RF قوية تتدفق من خلاله. يتم إنشاء إشارة RF هذه بواسطة مولد RF ، وهو في الأساس جهاز إرسال لاسلكي قوي يتحكم في "ملف العمل" بنفس الطريقة التي يتحكم بها مرسل الراديو التقليدي في هوائي الإرسال.
تعمل الأجهزة النموذجية عند 27 أو 40 ميجاهرتز. يتم إشعال غاز الأرجون المتدفق عبر الموقد بواسطة وحدة تسلا ، مما يؤدي إلى إنشاء قوس تفريغ قصير في تدفق الأرجون لبدء عملية التأين. بمجرد "اشتعال" البلازما ، تنطفئ وحدة Tesla.
دور الغاز
يتأين غاز الأرجون في مجال كهرومغناطيسي قوي ويتدفق عبر نمط تناظري دوراني خاص في اتجاه المجال المغناطيسي للملف RF. نتيجة للتصادمات غير المرنة التي تنشأ بين ذرات الأرجون المحايدة والجسيمات المشحونة ، يتم إنشاء بلازما مستقرة عالية الحرارة تبلغ حوالي 7000 كلفن.
تقدم المضخة التمعجية عينة مائية أو عضوية إلى البخاخات التحليلية حيث يتم تحويلها إلى ضباب وحقنها مباشرة في لهب البلازما. تصطدم العينة على الفور بالإلكترونات والأيونات المشحونة في البلازما وتتحلل نفسها في البلازما. تنقسم الجزيئات المختلفة إلى ذرات كل منها ، والتي تفقد الإلكترونات وتعيد الاتحاد بشكل متكرر في البلازما ، مما ينبعث منها إشعاع في الأطوال الموجية المميزة للعناصر المعنية.
في بعض التصميمات ، يتم استخدام غاز القص ، عادة النيتروجين أو الهواء المضغوط الجاف ، "لقطع" البلازما في مكان معين. ثم يتم استخدام عدسة أو عدستين إرسال لتركيز الضوء المنبعث على محزوز حيود ، حيث يتم فصله إلى أطوال موجية مكونة في مطياف بصري.
في تصميمات أخرى ، تسقط البلازما مباشرة على الواجهة الضوئية ، والتي تتكون من ثقب يخرج منه تدفق مستمر من الأرجون ، مما يؤدي إلى انحرافه وتوفير التبريد. يسمح هذا للضوء المنبعث من البلازما بدخول الحجرة البصرية.
تستخدم بعض التصميمات الألياف الضوئية لنقل بعض الضوء لفصل الكاميرات الضوئية.
كاميرا بصرية
فيه ، بعد تقسيم الضوء إلى أطوال موجية مختلفة (ألوان) ، يتم قياس الكثافة باستخدام أنبوب أو أنابيب مضاعفة ضوئيًا موضوعة فعليًا "لعرض" الطول الموجي المحدد (الأطوال) لكل خط عنصر متضمن.
في الأجهزة الأكثر حداثة ، يتم تطبيق الألوان المنفصلة على مجموعة من أجهزة الكشف الضوئي لأشباه الموصلات مثل الأجهزة المقترنة بالشحن (CCDs). في الوحدات التي تستخدم مصفوفات الكاشف هذه ، يمكن قياس شدة جميع الأطوال الموجية (ضمن نطاق النظام) في وقت واحد ، مما يسمح للأداة بتحليل كل عنصر تكون الوحدة حساسة له حاليًا. وبالتالي ، يمكن تحليل العينات بسرعة كبيرة باستخدام التحليل الطيفي للانبعاثات الذرية.
مزيد من العمل
ثم ، بعد كل ما سبق ، تتم مقارنة شدة كل خط بتركيزات العناصر المعروفة التي تم قياسها مسبقًا ، ثم يتم حساب تراكمها عن طريق الاستيفاء على طول خطوط المعايرة.
بالإضافة إلى ذلك ، عادةً ما تصحح البرامج الخاصة التداخل الناجم عن وجود عناصر مختلفة في مصفوفة معينة من العينات.
تتضمن أمثلة تطبيقات ICP-AES الكشف عن المعادن في النبيذ ، والزرنيخ في الأطعمة ، والعناصر النزرة المرتبطة بالبروتينات.
يستخدم ICP-OES على نطاق واسع في معالجة المعادن لتوفير بيانات الصف لتيارات مختلفة لبناء الأوزان.
في عام 2008 ، تم استخدام هذه الطريقة في جامعة ليفربول لإثبات أن تميمة تشي رو ، التي تم العثور عليها في شيبتون ماليت والتي كانت تعتبر في السابق واحدة من أقدم الأدلة على المسيحية في إنجلترا ، تعود إلى القرن التاسع عشر فقط.
الوجهة
غالبًا ما يستخدم ICP-AES لتحليل العناصر النزرة في التربة ولهذا السبب يتم استخدامه في الطب الشرعي لتحديد أصل عينات التربة الموجودة في مسرح الجريمة أو الضحايا ، إلخ. على الرغم من أن أدلة التربة قد لا تكون الوحيدة واحد في المحكمة ، فهو بالتأكيد يقوي الأدلة الأخرى.
كما أنها أصبحت بسرعة الطريقة التحليلية المختارة لتحديد مستويات المغذيات في التربة الزراعية. ثم يتم استخدام هذه المعلومات لحساب كمية السماد اللازمة لزيادة العائد والجودة.
ICP-AESتستخدم أيضًا لتحليل زيت المحرك. تظهر النتيجة كيف يعمل المحرك. الأجزاء التي تتآكل فيه ستترك علامات في الزيت يمكن اكتشافها باستخدام ICP-AES. يمكن أن يساعد تحليل ICP-AES في تحديد ما إذا كانت الأجزاء لا تعمل.
بالإضافة إلى ذلك ، فهو قادر على تحديد مقدار المواد المضافة إلى الزيت المتبقية ، وبالتالي يشير إلى مقدار عمر الخدمة المتبقي. غالبًا ما يستخدم تحليل الزيت من قبل مديري الأساطيل أو عشاق السيارات المهتمين بمعرفة أكبر قدر ممكن عن أداء محركهم.
يستخدم ICP-AES أيضًا في تصنيع زيوت المحركات (ومواد التشحيم الأخرى) لمراقبة الجودة والامتثال لمواصفات التصنيع والصناعة.
نوع آخر من التحليل الطيفي الذري
مطياف الامتصاص الذري (AAS) هو إجراء تحليلي طيفي للتحديد الكمي للعناصر الكيميائية باستخدام امتصاص الإشعاع الضوئي (الضوء) بواسطة الذرات الحرة في الحالة الغازية. يقوم على امتصاص الضوء بواسطة أيونات المعادن الحرة.
في الكيمياء التحليلية ، يتم استخدام طريقة لتحديد تركيز عنصر معين (مادة تحليلية) في عينة تم تحليلها. يمكن استخدام AAS لتحديد أكثر من 70 عنصرًا مختلفًا في المحلول أو مباشرة في العينات الصلبة من خلال التبخر الكهروحراري ، ويستخدم في الأبحاث الدوائية والفيزيائية الحيوية والسمية.
مطيافية الامتصاص الذري لأول مرةتم استخدامه كأسلوب تحليلي في أوائل القرن التاسع عشر ، وتم وضع المبادئ الأساسية في النصف الأخير من قبل روبرت فيلهلم بنسن وجوستاف روبرت كيرشوف ، وهما أساتذة في جامعة هايدلبرغ ، ألمانيا.
التاريخ
تم تطوير الشكل الحديث لـ AAS إلى حد كبير في الخمسينيات من قبل مجموعة من الكيميائيين الأستراليين. قادهم السير آلان والش من منظمة الكومنولث للبحوث العلمية والصناعية (CSIRO) ، قسم الفيزياء الكيميائية ، في ملبورن ، أستراليا.
مطياف الامتصاص الذري له العديد من التطبيقات في مختلف مجالات الكيمياء مثل التحليل السريري للمعادن في السوائل والأنسجة البيولوجية مثل الدم الكامل والبلازما والبول واللعاب وأنسجة المخ والكبد والشعر وأنسجة العضلات والسائل المنوي ، في بعض عمليات تصنيع المستحضرات الصيدلانية: الكميات الدقيقة المتبقية من المحفز في المنتج الدوائي النهائي وتحليل الماء للمحتوى المعدني.
مخطط العمل
تستخدم هذه التقنية طيف الامتصاص الذري لعينة ما لتقدير تركيز بعض المواد التحليلية فيها. يتطلب معايير المحتوى المكون المعروف لتأسيس علاقة بين الامتصاصية المقاسة وتركيزها ، وبالتالي فهي تستند إلى قانون بير لامبرت. المبادئ الأساسية للتحليل الطيفي للانبعاثات الذرية هي تمامًا كما هو مذكور أعلاه في المقالة.
باختصار ، يمكن نقل إلكترونات الذرات الموجودة في المرذاذ إلى مدارات أعلى (الحالة المثارة) في وقت قصيرفترة زمنية (نانوثانية) عن طريق امتصاص كمية معينة من الطاقة (إشعاع بطول موجة معين).
معلمة الامتصاص هذه خاصة بانتقال إلكتروني معين في عنصر معين. كقاعدة عامة ، يتوافق كل طول موجي مع عنصر واحد فقط ، وعرض خط الامتصاص لا يتجاوز بضعة بيكومترات (pm) ، مما يجعل التقنية انتقائية بشكل أساسي. مخطط مطيافية الانبعاث الذري مشابه جدًا لهذا المخطط
