تکنیک های متداول در طیف سنجی جذب اتمی

 

سه تکنیک اصلی در طیف سنجی جذب اتمی شامل طیف سنجی جذب اتمی با شعله (FAAS)، طیف سنجی جذب اتمی با کوره گرافیتی (GFAA) و همچنین طیف سنجی جذب اتمی بر پایه تولید بخار هیدرید (VGAAS) می باشد که هر یک از این تکنیک ها دارای مزایا و معایب خود بوده و ضمناً هر تکنیک جذب اتمی در حوزه های کاربردی خودشان تکنیک برتر محسوب می شوند. تفاوت تکنیک های آنالیز با دستگاه جذب اتمی در نوع اتم سازی با اتمیزاسیون یا همان Atomization می باشد.

اتمیزاسیون یا Atomization

پروسه اتمیزاسیون به معنای انبوه اتم های تولید شده در طیف سنجی جذب اتمی، بسیار مهم است زیرا آنالیز با دستگاه جذب اتمی (Atomic Absorption) به طور کلی وابسته به وجود اتم های آزاد و ترکیب نشده است که نور را در طول موج خاصی جذب خواهند نمود. لذا نکته کلیدی برای موفقیت در کار یک دستگاه طیف سنج جذب اتمی تولید اتم های آزاد در حالت پایه و قرار دادن آنها در مقابل نوری با طول موج خاص عنصر مطلوب است. منبع انرژی برای تولید انبوه اتم های آزاد یک عنصر گرماست.

تکنیک طیف سنجی جذب اتمی شعله

روش های متداول این تکنیک جذب اتمی استفاده از شعله یا Flame Atomic Absorption Spectroscopy حاصل از مخلوط استیلن و هوا و یا مخلوط استیلن و نیتروز اکساید است. این روش طیف سنجی جذب اتمی با استفاده از شعله است. با استفاده از این روش، محلول نمونه یا آنالیت به داخل یک سیستم پاشنده (اسپری کننده قطرات) بنام نبولایزر کشیده می شود. نبولایزر یک قطعه پنوماتیکی است که با اسپری کردن نمونه، قطرات نمونه توسط یک گاز حامل (معمولا اکسیدانت شعله) به سمت چمبر و اتمایزر حرکت کرده و پس از ورود به گرمترین نقطه شعله به اجزای تشکیل دهنده تجزیه می شوند. به این ترتیب انبوهی از اتمهای آزاد در حالت پایه تشکیل می شود که آماده اندازه گیری با دستگاه جذب اتمی است.

سیستم های شعله برای جذب اتمی دارای نتایج عالی، ساده، ارزان، راحت و بسیار کارآمد هستند. این شیوه آنالیز با دستگاه جذب اتمی بسیار سریع و نمونه دهی بسیار ساده را فراهم می نماید. محدودیت اصلی روش شعله در آنالیز جذب اتمی اینست که سیستم شعله و نبولایزر نسبتاً سیستم کم راندمانی هستند. نسبت به روش کوره در روش شعله اتمیک ابزوربشن تنها قسمت کوچکی از نمونه که وارد چمبر اتمایزر شده و اسپری شده است به شعله رسیده و اتمایز می شود. ضمناً وقتی نمونه تبدیل به اتم گشت به سرعت از مسیر نوری خارج می شود. اینجاست که نیاز به وسیله ای بهینه سازی شده احساس می شود تا نمونه را به مدت بیشتری در مقابل نور نگهدارد. این سیستم، اتم ساز الکتروترمال با استفاده از کوره گرافیتی است.

طیف سنجی جذب اتمی با کوره گرافیتی

روش طیف سنجی کوره گرافیتی یا Graphite Furnace Atomic Spectroscopy در جذب اتمی، در زمینه آنالیز شیمیائی برای تکنیک های متداول جهت تشخیص مقادیر بسیار کم از فلزات سنگین در بسیاری از ماتریس ها برای خود شهرتی بهم زده است. در روش طیف سنجی کوره گرافیتی (GFAAS) بجای شعله یک تیوپ گرافیتی که با استفاده از نیروی الکتریسیته گرم می شود، استفاده می گردد. نمونه مستقیماً در داخل تیوپ تزریق می شود (از 5 تا 100 میکرولیتر) جایی که بعد از آن با استفاده از یک سری برنامه دمائی در گام های مختلف حلال آن خشک می شود و ماتریس اصلی ترکیب، جدا می شود. در نهایت اتمهای آزاد آنالیت در حالت گازی درون تیوپ گرافیتی با نیروی قوی جریان الکتریکی به سرعت گرم شده (در دمای بین 1500 تا 3000 درجه سانتیگراد) و تقریباً تمامی آنالیت به اتم تبدیل می گردد. در تمام مدت بیم نور از داخل تیوپ عبور می نماید و در همین حین اتمهای آزاد در داخل تیوپ تشکیل می شوند و برای مدت 0.2 تا 0.5 ثانیه در تیوپ باقی می مانند. دقت جوابدهی تکنیک کوره گرافیتی جذب اتمی بسیار وابسته به ثبات دمائی تیوپ دارد. کوره های گرافیتی با تکنولوژی THGF که به معنای پخش یکنواخت دما در کل تیوپ گرافیتی می باشد، ما را قادر می سازد تا ثبات دمائی را حفظ کنیم. نتیجه اینکه حساسیت و حد تشخیص بطور ملموسی افزایش یافته و اثر تداخلی ماتریس و اثر باقی مانده ها بسیار کاهش می یابد. پس از آنالیز عنصر، بخار آنالیت به کمک گاز هلیم و یا آرگون از تیوپ خارج می شود و مقدار جذب با استفاده از سیستم های ثبات خروجی ثبت می گردد.

دقت تکنیک طیف سنجی جذب اتمی با کوره گرافیتی به مکانیزم اتم سازی آن بستگی دارد و سطح اتم سازی به عواملی از قبیل طبیعت شیمیائی آنالیت عنصر مورد نظر، دمای اتم سازی، آنالیت باقیمانده در تیوپ، گونه های گاز داخل تیوپ و خود کوره گرافیتی وابسته است.
پس از خشک شدن و تجزیه حرارتی آنالیت ممکن است در حالتهای کاهنده، اکسید و یا ترکیب موجود باشند. به محض گرم شدن تیوپ گرافیتی تا دمای اتمیزاسیون اتمهای آزاد به صورتهای ذیل تولید می شوند.

1. با تبخیر از سطح تیوپ در فرم کاهش یافته آنالیت
2. با تفکیک از حالت کسید به حالت گازی اتمهای آنالیت به محض گرم شدن تیوپ
3. تبخیر به حالت اکسیدها و یا حالت های مولکولی و تفکیک به اتمهای آزاد بصورت گازی

مکانیزم اتم سازی کوره گرافیتی دستگاه جذب اتمی

وقتی که M یک آنالیت می باشد، C کربن ، O اکسیژن، g حالت گازی و s اشاره به حالت جامد دارد.

زمان آنالیز کوره گرافیتی جذب اتمی طولانی تر از روش شعله است، و تعداد عناصر کمتری با تکنیک کوره گرافیتی قابل اندازه گیری است. با این وجود قابلیت افزایش حساسیت، توانائی آنالیز مقادیر بسیار کم نمونه، و توانائی آنالیز مستقیم نمونه های جامد قدرت طیف سنجی جذب اتمی را افزایش داده است.

طیف سنجی جذب اتمی با ژنراتور بخار هیدرید

جهت تشخیص آرسنیک، بیسموت، ژرمانیوم، سرب، آنتیموان، قلع، تلوریم و در نهایت جیوه با دستگاه جذب اتمی، تکنیک تولید بخار هیدرید یا Hydride Vapor Generator Atomic Absorption spectroscopy، حساسیت بالا و تداخل بسیار کم را تضمین می نماید.
بوسیله تکنیک HVG یا VGAAS یا همان تکنیک طیف سنجی جذب اتمی با بخار هیدرید، آنالیت ابتدا با استفاده از سیدیم بورو هیدرید به حالت هیدرید فرار نوع عنصر و یا حالت فلزی در جیوه در می آید، سپس بخارات هیدرید با استفاده از گاز حامل به سمت اتمایزر (اتمساز) جهت آنالیز با طیف سنج جذب اتمی هدایت می شود. اتمساز یک لوله T شکل باریک از جنس کوارتز می باشد که بخار تولید شده را برای مدتی در مقابل طیف نور نگه می دارد. کمپانی آرورا (Aurora Instruments) در مدل AI1200 خود از یک سیستم باز (Open Ended) الکتروترمال حاوی لوله کوارتز استفاده می نماید که دمای اتمایزر را به صورت خطی کنترل نموده و با جریان مداوم بخار هیدرید را تولید می نماید. واحد اتمایزر دستگاه اتمیک ابزوربشن آرورا براحتی می تواند برداشته شده و نصب گردد.