در شیمی تجزیه که یکی از علوم اساسی در زمینه‌ی شناخت و یا یافتن عناصر و ترکیبات موجود در مواد است، شاخه‌ی طیف‌سنجی نقشی جدی بازی می‌کند. طیف‌سنجی انواع مختلفی دارد که یکی از آن‌ها، طیف‌سنجی جذب اتمی است. ما قبلا در مقاله‌ی جذب اتمی به تفضیل در مورد این روش، تاریخچه و انواع آن صحبت کرده‌ایم. همان‌گونه که قبلا دیدیم، جذب اتمی به با تکنیک‌های مختلف انجام می‌شود:
- جذب اتمی شعله
- جذب اتمی کوره
- جذب اتمی هیدرید
در این مطلب قصد داریم به صورت مشخص روی جذب اتمی شعله تمرکز کنیم و بررسی کنیم که این تکنیک چیست و چه استفاده‌هایی دارد. پیشنهاد می‌کنیم تا پایان این مطلب با ما همراه باشید.
چندین دهه‌ی متوالی است که دستگاه جذب اتمی شعله به عنوان یکی از ابزارهای اساسی و ضروری توسط دانشمندان شیمی (یا در صنایع مختلف مانند معدن) مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ابزار آن‌ها را قادر می‌سازد تا از میزان و کیفیت فلزات موجود در یک نمونه‌ی خاص مطلع شوند. دستگاه FAAS گستره‌ی بزرگی از صنایع را پوشش می‌دهد. از سازمان‌های نظارت بر محیط زیست گرفته تا آنالیز و بررسی مواد غذایی، همیشه یک پای ثابت تجهیزات دستگاه جذب اتمی شعله است.
در ادامه به بررسی اصول، پیچیدگی‌ها، روش و محدودیت‌های جذب اتمی شعله می‌پردازیم. ضمنا در صورت تمایل به خرید جذب اتمی شعله کلیک کنید.
روش جذب اتمی شعله ای
به طور کل، سه فاکتور اصلی در جذب اتمی شعله نقش بازی می‌کنند. نور، گرما و ساختار الکترون‌ها. هر کدام از این عوامل باید در حالتی بهینه قرار گیرند تا در نهایت فرایند جذب اتمی به صورت درست طی شود.
جذب اتمی
اساس دستگاه FAAS همان AAS است. به این صورت که هر عنصر دارای یک پیکربندی الکترونی منحصر به فرد است که در آن، هر الکترون سطح انرژی خاصی را اشغال کرده است. الکترون‌ها در شرایط معمول در حالت پایه‌ی خود قرار دارند و اگر انرژی کافی با مقدار مناسب به آن‌ها برسد، از حالت پایه به حالت برانگیخته می‌روند. در نظر داشته باشید مقدار انرژی مورد نیاز برای انتقال هر الکترون به حالت برانگیخته، یک مقدار یکتا است.حال، در دستگاه جذب اتمی، این انرژی به صورت پرتوهای نور به الکترون‌ها داده شده تا از حالت پایه به حالت برانگیخته بروند. (برای مطالعه‌ی عمیق‌تر در مورد این فرایند، مقاله‌ی جذب اتمی را بخوانید)
شعله در طیف سنجی جذب اتمی
برای این که الکترون‌های یک ماده بتوانند نور را جذب کنند، لازم است ابتدا آن ماده به اتم‌هایش خورد شود. به این فرایند اتمیزه‌شدن می‌گویند. روش‌های مختلفی برای تجزیه‌ی یک ماده به اتم‌های سازنده‌اش وجود دارد. در دستگاه جذب اتمی شعله، این فرایند با دادن گرمای بسیار زیاد به نمونه‌های مایع انجام می‌شود. در ابتدا نمونه‌ی توسط نبولایزر (Nebulizer) به صورت مه در می‌آید و در نهایت ماده‌ی ایجادشده، وارد یک شعله با درجه‌ی حرارت بالا می‌شود. این شعله معمولا توسط گاز هوا – استیلن ایجاد می‌شود. در این شعله، پیوندهای موجود در مولکول‌های ماده شکسته و آن ماده به اتم‌های تشکیل‌دهنده‌ی خود تجزیه می‌شود.
جذب نور
حال که نمونه به اتم‌های خود تجزیه شده است، یک طیف نوری با طول موج مشخص به آن تابانده می‌شود. با توجه به توضیحات قسمت 1، بخشی از این نور توسط الکترون‌های ماده جذب شده و باقی‌مانده‌ی آن از ماده رد می‌شود. نور ردشده از ماده توسط یک آشکارساز (Detector) دریافت گشته و شدت آن اندازه‌گیری می‌گردد.
از آن‌جایی که اندازه‌ی نور اولیه را می‌دانیم، بنابراین اختلاف نور اولیه با میزان نوری که به آشکارساز رسیده است، معادل میزان نوری است که در مسیر توسط ماده جذب شده است. این مقدار جذب به ما نشان می‌دهد که چه عنصری یا چه میزان از یک عنصر در ماده وجود دارد.
دستگاه جذب اتمی شعله
در بالا، به طور خلاصه فرایند طیف سنجی جذب اتمی شعله را شرح دادیم. در ادامه قصد داریم در مورد اجزای مختلف یک دستگاه جذب اتمی شعله صحبت کنیم. شناخت اجزای مختلف می‌تواند در شناخت فرایند کلی مفید باشد.
نبولایزر (Nebulizer)
نبولایزر بخشی از دستگاه است که نمونه‌ی مایع را تحویل گرفته و آن را به صورت پودر (مه یا غبار) در می‌آورد و به سمت شعله ارسال می‌کند.
مشعل
شعله‌ی دستگاه FAAS توسط یک مشعل ایجاد می‌شود. همان‌طور که بالاتر اشاره کردیم، سوخت این شعله، معمولا استیلن است. اما گاهی اوقات از اکسید نیتروژن نیز استفاده می‌شود. انتخاب نوع شعله تا حدی وابسته به نوع ماده‌ی مورد آنالیز دارد.
لامپ کاتد توخالی (هالو کاتد یا HCL)
این لامپ به عنوان منبع نور برای دستگاه جذب اتمی شعله استفاده می‌شود. این لامپ شامل یک کاتد از جنس ماده‌ی مورد آنالیز است. بنابراین با روشن شدن، یک نور متناسب با ماده‌ی مورد تحلیل را ساطع می‌کند. علت این همگونی کاتد و نمونه هم به یکسان‌بودن انرژی‌های برانگیختگی آن دو بر می‌گردد.
برای خرید لامپ جذب اتمی کلیک کنید.
مونوکروماتور (Monochromator)
مونوکروماتور یا تکفام‌ساز، بخشی از دستگاه است که توسط آن، طول موج‌های مختلف فیلتر می‌شوند. در نظر داشته باشید که وقتی لامپ جذب اتمی روشن می‌شود، یک طیف نوری گسترده را می‌تاباند و این در حالی است که ما نیاز داریم یک طول موج مشخص به نمونه تابانده شود. مونوکروماتور به گونه‌ای عمل می‌کند که فقط بخش‌های مورد نیاز از نور به ماده رسیده و باقی نور‌های مزاحم حذف شوند.
آشکارساز (Detector)
آشکارساز وظیفه‌ی اندازه‌گیری نور پس از عبور از نمونه را دارد. این دستگاه (یا قطعه) به این صورت عمل می‌کند که نور عبوری از ماده را دریافت کرده و آن را به سیگنال‌های الکترونیکی تبدیل می‌کند. در آخر، این سیگنال‌های الکترونیکی به اعداد قابل تفسیر تبدیل می‌شوند.
