جذب اتمی چیست؟ طیف سنجی جذب اتمی

در این مطلب قصد داریم موضوع طیف سنجی جذب اتمی را به صورت مفصل بررسی کنیم. از آن‌جایی که مفهوم جذب اتمی به اندکی پیش‌نیاز در مورد مفاهیم نور نیاز دارد، ابتدا اندکی در مورد نور صحبت می‌کنیم و در آخر به اصل مطلب، یعنی جذب اتمی می‌رسیم. امیدواریم این مقاله برای شما مفید باشد.

تاریخچه‌ی کوتاهی از نور

پیش از اسحاق نیوتن، باور عمومی جامعه‌ی فیزیک این بود که نور، ماهیت موجی دارد. در قرن هفدهم، اسحاق نیوتن کشف کرد که نور سفید در عبور از یک منشور شیشه‌ای به رنگ‌های طیفی سازنده آن تجزیه می‌شود. او پس از این مشاهده، نظریه‌ی ذره‌ای نور را (که مطابق آن، نور از ذرات تشکیل شده است) توسعه داد. این نظریه بر خلاف ماهیت موج‌مانند نور بود؛ در نهایت حدود دو قرن بعد، این موضوع دریچه‌ای را به روی چندین اکتشاف مهم باز کرد.

یکی از مسائلی که همواره برای جامعه‌ی شیمی و فیزیک سوال بود، تجزیه‌ی نور خورشید بود. مساله این بود که وقتی نور خورشید را تجزیه می‌کردند، بخشی از آن طیف سیاه‌رنگ بود. برای دانشمندان مشخص نبود که این نور چرا کامل نیست. این خطوط سیاه‌رنگ، خطوط فرانهوفر نام دارد. شیمیدان انگلیسی، وولاستون نخستین کسی بود که خطوط فرانهوفر را مشاهده کرد.

در سال 1832 بروستر نتیجه گرفت که بخارات اتمی در جو خورشید، مقداری از تابشِ ناشی از خورشید را جذب می‌کنند که به آشکارسازی این خطوط منجر می‌گردد.

پس از آن، بونسن و کیرشهف نشان دادند که هر یک از عناصر شیمیایی، در هنگام گرم‌شدن تا حد افروختگی، دارای رنگ یا طیف مشخصه‌ای هستند؛ مثلا سدیم (Na) رنگ زرد و پتاسیم (K) رنگ بنفش ساطع می‌کند. آن‌ها توانستند خطوط سیاه مشاهده‌شده در طیف خورشید را در آزمایشگاه بازتولید کنند؛ بنابراین شناسایی اتم‌های جاذب در تاج خورشید از طریق طیف‌های گسیلی آن‌ها میسر شد.

در پایان این بخش لازم است بگوییم که مشاهده‌ی ذره‌ای بودن نور، به معنای موجی‌نبودن آن نیست. در حقیقت، نور هم ماهیت ذره‌ای دارد هم ماهیت موجی.

پیش از ادامه‌ی این مقاله، در صورت نیاز به استعلام قیمت یا خرید دستگاه جذب اتمی، کلیک کنید.

جذب اتمی چیست؟

حال که با مفهوم موجی بودن و ذره‌ای بودن نور تا حدی آشنا شدیم، می‌خواهیم به اصل موضوع جذب اتمی بپردازیم. همان‌گونه که می‌دانید، اتم‌ها دارای دو بخش اصلی هستند. بخش داخلی هسته و بخش خارجی آن. الکترون‌های هر اتم بیرون از هسته در حال گردش به دور هسته هستند. این الکترون‌ها، هر کدام در یک لایه قرار دارند و هر لایه به ترتیب از هسته دور می‌شود. به این صورت که مثلا لایه‌ی سوم نسبت به لایه‌ی یکم، خیلی از هسته دورتر است. بنابراین الکترون‌هایی که در لایه‌های با انرژی بالاتر هستند، فاصله‌ی بیشتر از هسته‌ی اتم دارند.

این الکترون‌ها، گاهی بین لایه‌های مختلف حرکت می‌کنند. مثلا ممکن تحت شرایطی، الکترون لایه‌ی 3 وارد لایه‌ی 4 شود. به این حالت برانگیختگی می‌گویند و وقتی اتم در این موقعیت قرار می‌گیرد، به آن برانگیخته می‌گویند. علت این نام‌گذاری هم این است که وقتی اتم در حالت عادی است، تمام الکترون‌ها در لایه‌ی مربوط به خود هستند. به بیانی دیگر، برای این جابه‌جایی الکترون، اتم از حالت عادی خارج شده و به حالت برانگیخته می‌رود.

علل زیادی می‌توانند موجب برانگیختگی یک اتم شوند؛ اما فصل مشترک تمام این علت‌ها، دریافت انرژی از سوی اتم است. در حقیقت، یک الکترون برای این که به یک لایه با انرژی بالاتر برود، نیاز دارد تا انرژی دریافت کند. از طرفی هنگامی که یک الکترون به لایه‌ای با انرژی پایین‌تر بر‌می‌گردد، مقداری انرژی آزاد می‌کند.

برای درک ساده‌تر این موضوع، یک توپ را تصور کنید که روی سطح زمین قرار دارد و شما قصد دارید آن را یک متر از سطح زمین بالا بیاورید. در لحظه‌ی اول که توپ روی زمین است، انرژی پتانسیل آن صفر است. شما برای این که توپ را به ارتفاع یک متری ببرید، باید یک انرژی به آن بدهید. بعد از این که توپ را با دستان خود به ارتفاع یک‌متری رساندید، توپ نسبت به لحظه‌ی روی زمین بودن، دارای یک انرژی پتانسیل است.

در نظر داشته باشید مادامی که جلوی به زمین افتادن آن را بگیرید، توپ در دستان شما در همان ارتفاع می‌ماند. اما به محض رها کردن، توپ به حالت استیبل خود، یعنی روی زمین برمی‌گردد. از این رو، توپ برای رها شدن از حالت پایدار خود بر روی زمین – مانند حالت برانگیختگی اتم – نیاز به دریافت انرژی دارد و هنگامی که به حالت پایدار برمی‌گردد – باز هم مانند اتم – مقداری انرژی از دست می‌دهد.

نکته‌ی حائز اهمیت در مورد اختلاف توپ و الکترون این است که در مورد یک توپ، شما می‌توانید به صورت پیوسته انرژی بدهید. یعنی اگر به میزان E1 انرژی وارد کنید، توپ تا ارتفاع h1 بالا می‌رود و اگر E1 + e وارد کنید، تا h1 + h بالا می‌رود. در حقیقت هیچ محدودیتی در مورد میزان انرژی نداریم. اما در مورد الکترون‌ها، موضوع کاملا متفاوت است.

در حقیقت، الکترون‌ها تنها در صورت دریافت میزان مشخصی از انرژی به لایه‌های با انرژی بالاتر می‌روند و به همین شکل، وقتی از یک لایه با انرژی بالا به پایین می‌آیند، میزان مشخص و منحصر به فردی از انرژی را آزاد می‌کنند. به عبارت منحصر به فرد دقت کنید.؛ زیرا میزان انرژی جذب‌شده یا منتشرشده از یک الکترون با الکترون دیگر متفاوت است. در حقیقت، این اعداد، برای الکترون‌های مثلا اتم Cu (مس) یک چیز است و برای Fe (آهن) یک مقدار دیگر.

بنابراین، جذب اتمی، به فرایندی گفته می‌شود که اتم‌ها (الکترون‌ها) انرژی جذب می‌کنند و برانگیخته می‌شوند.

تامین انرژی مورد نیاز برای برانگیختگی

تا اینجا، متوجه شدیم که الکترون‌ها برای رفتن به لایه‌های با انرژی بالاتر، نیاز به مقدار مشخصی از انرژی دارند که این مقدار برای الکترون‌های هر اتم، عددی منحصر به فرد است. حال سوال این است که این انرژی را چگونه دریافت یا رها می‌کنند.

پاسخ این سوال تا حدی در بخش اول توضیحات (تاریخچه‌ی نور) داده شد. همان‌گونه که در بالا گفتیم، دانشمندان پس از قرن‌ها تلاش، پی به ماهیت ذره‌ای نور بردند. در حقیقت، نور از بسته‌هایی به نام فوتون تشکل شده است که این بسته‌ها، در اصل بسته‌های انرژی هستند. هر فوتون، مقدار مشخصی از انرژی است.

یکی از راه‌های انتقال انرژی به اتم جهت برانگیختگی، پرتاب فوتون به سمت آن است. در نظر داشته باشید که وقتی ما یک منبع نور را روشن می‌کنیم، در حقیقت تعداد زیادی فوتون به صورت پیوسته از سمت آن منبع نور پرتاب می‌شود. حال، اگر اندازه‌ی انرژی این فوتون‌ها، دقیقا همان مقداری باشد که یک الکترون برای برانگیختگی به آن نیاز دارد، بنابراین آن الکترون مشخص از آن عنصر خاص، آن فوتون را جذب کرده و انرژی مورد نیاز خود برای رفتن به لایه‌ی با انرژی بالاتر را به دست آورده است.

از آن سو، هنگامی که الکترون از حالت برانگیخته به حال پایدار باز می‌گردد، انرژی خود را به صورت فوتون آزاد می‌کند. نکته‌ی حائز اهمیت این است که انرژی آزادشده توسط الکترون در هنگام بازگشت به لایه‌ی خودش، دقیقا معادل میزان انرژی‌ای است که برای رفتن به لایه‌ با انرژی بالاتر نیاز دارد.

طیف سنجی جذب اتمی چیست؟ (Atomic Absorption Spectroscopy)

اسپکتروسکوپی (Spectroscopy) معادل انگلیسی کلمه‌ی طیف سنجی است. طیف سنجی جذب اتمی یا همان اسپکتروسکوپی جذب اتمی، یک تکنیک تجزیه است که برای تعیین غلظت اتم‌ها یا یون‌های فلزی در یک نمونه به کار می‌رود. فلزات حدود 75% عناصر شیمیایی زمین را تشکیل می‌دهند. گاهی اوقات، مقدار فلز در یک ماده مطلوب است. اما فلزات می‌توانند آلاینده (سم) نیز باشند. بنابراین اندازه‌گیری مقدار فلز برای کاربردهای مختلف زیادی ضروری است که بعدا در این مقاله بررسی خواهد شد. فعلا به همین میزان بسنده می‌کنیم که این روش در مواردی از قبیل کنترل کیفیت، سم‌شناسی و آزمایش زیست‌محیطی کاربرد دارد.

دستگاه جذب اتمی چیست؟

اوایل دهه‌ی 1950 آلن والش، یک فیزیکدان متولد لانکاشایر، در یک صبح یکشنبه در باغ خود در حال کار بود که ایده‌ای به ذهنش خطور کرد. این ایده یک معمای عظیم در شیمی تجزیه را حل نمود؛ این که اندازه‌گیری دقیق غلظت‌های اندک عناصر فلزی با طیف‌سنجی چگونه است. روند عادی در طیف‌سنجی تا به آن روز، تبخیر یک عنصر و اندازه‌گیری طیف‌های منتشرشده بود؛ اما این تکنیک ایراد داشت و نتایج نادرستی ارایه می‌کرد. والش تصمیم گرفت جذب را اندازه‌گیری کند و نه گسیل را. او در هنگام صبحانه در صبح دوشنبه نشان داد که این کار شدنی است. چند سال طول کشید تا سازندگان را به استفاده از طیف سنجی جذب اتمی (اسپکتروفتومتر جذب اتمی) برای شناسایی فلزات قانع کند و سرانجام موفق شد. امروز، اغلب آزمایشگاه‌های تجزیه حداقل یک اسپکتروفتومتر جذب اتمی دارند.

اساس کار دستگاه جذب اتمی

در ادامه به اساس کار دستگاه جذب اتمی می‌پردازیم. پایه‌ی این دستگاه را می‌توان به این صورت بیان کرد. نخست این که همه‌ی اتم‌ها یا یون‌ها می‌توانند نور را در طول موج‌های معین و منحصربه‌فرد جذب کنند. وقتی یک نمونه مثلا حاوی Cu (مس) و Ni (نیکل) در طول موج مشخصه‌ی Cu در معرض نور قرار می‌گیرد، آن‌گاه تنها اتم‌ها یا یون‌های Cu این نور را جذب می‌کنند. در پایان، مقدار نور جذب‌شده در این طول موج با غلظت یون‌ها یا اتم‌های Cu نسبت مستقیم دارد.

الکترون‌های درون یک اتم در سطوح انرژی مختلفی قرار دارند. وقتی اتم در معرض طول موج منحصربه‌فرد خود قرار می‌گیرد، می‌تواند انرژی (فوتون‌ها) را جذب کرده و الکترون‌ها از یک حالت پایه به حالات برانگیخته حرکت می‌کنند. انرژی تابشی جذب‌شده به وسیله الکترون‌ها با گذاری که در طی این فرایند رخ می‌دهد رابطه مستقیم دارد. علاوه بر این از آنجایی که ساختار الکترونی هر عنصری منحصربه‌فرد است، تابش جذب‌شده یک خاصیت منحصربه‌فرد از هر عنصر مجزا نشان داده و می‌تواند اندازه‌گیری شود.

در نظر داشته باشید که اساس کار دستگاه جذب اتمی با نور (به عنوان انرژی) گره خورده است.

اجزای دستگاه جذب اتمی

یک دستگاه طیف‌ سنج جذب اتمی از اصول پایه‌ای که در بالا گفته شد، استفاده می‌کند و آن‌ها را در آنالیز به کار می‌برد. همان‌طور که در تصویر شماره‌ی 3 مشاهده می‌کنید، یک دستگاه جذب اتمی معمولی، از چهار جزء اساسی تشکیل شده است

1. منبع نور (Light Source)
2. سیستم اتمیزاسیون (Atomizer)
3. تکفام‌ساز (Monochromator)
4. سیستم آشکارساز. (Detector)

البته در نظر داشته باشید که اگر به صورت دقیق نگاه کنیم، اجزای دستگاه جذب اتمی خیلی بیشتر از موارد گفته‌شده است؛ اما این 4 مورد، اصلی‌ترین آن‌هاست.

روش کار دستگاه جذب اتمی

روش کار دستگاه جذب اتمی نیز مانند روش جذب اتمی است. در حقیقت، اندازه‌گیری میزان جذب نور به این صورت انجام می‌شود که ابتدا باید ماده‌ی مورد نظر به حالت اتمیزه در بیاید. یعنی باید تمام پیوندهای آن بشکند و به شکل اتم یا یون در بیاید. در یک آزمایش معمولی، نمونه‌ی مایع یا جامد، در یک شعله یا یک کوره گرافیت اتمیزه می‌شود. سپس اتم‌های آزاد و رها، در معرض نوری قرار می‌گیرند که معمولا به وسیله‌ی یک لامپ کاتدی توخالی تولید می‌شود. در اینجا اتم‌های آزاد با جذب انرژی (همان‌طور که در بالا گفتیم با جذب نور) دست‌خوش گذارهای الکترونی از حالت پایه به حالات الکترونی برانگیخته می‌شوند.

واضح است که انرژی تابش، به صورت مستقیم با طول موج جذب‌شده به وسیله‌ی نمونه‌ی اتمیزه متناظر است. حال، آن بخش از نور که جذب ماده نشده، از میان اتم‌ها عبور کرده و به سمت آشکارساز حرکت می‌کند. ضمنا یک تک‌فام‌ساز بین نمونه و آشکارساز قرار می‌گیرد تا تداخل پس‌زمینه را کاهش دهد.

از اینجا آشکارساز، شدت باریکه‌ی نور را اندازه‌گیری کرده و آن را به داده‌های جذب تبدیل می‌کند.در نهایت، با مقایسه‌ی شدت نور تابیده شده و شدت نور دریافت‌شده، مشخص می‌شود که چه میزان نور توسط نمونه جذب شده است. با فهمیدن این میزان، متوجه می‌شویم که نمونه‌ی ما دارای چه غلظتی از عنصر مورد نظر است.

در نظر داشته باشید که نمونه‌های جامد را هم می‌توان در دستگاه AAS به کار برد. اما این روش آنالیز معمولا به کوره‌های گرافیت گران‌قیمت محدود می‌شود که در آن نمونه را می‌توان به جای شعله، با گرمایش الکتریکی کنترل‌شده‌ی مستقیم، گرم کرد. همچنین AAS معمولا تنها برای آنالیز اتم‌های فلزی به کار می‌رود. دلیل اصلی این موضوع هم آن است که فلزات، دارای خطوط گسیل و جذب منفرد باریک، درخشان و واضح هستند.

تکنیک‌های اتمیزاسیون

همان‌طور که بالاتر توضیح دادیم، آنالیت در دستگاه اتمیک باید اتمیزه شود. این کار به اشکال و طرق مختلف می‌تواند انجام پذیرد که در ادامه در مورد هر کدام توضیح می‌دهیم. انواع روش‌های اتمیزاسیون عبارتند از:

1. شعله (Flame)
2. کوره (Furnace)
3. هیدرید یا اتمایزر بخار سرد (Cold Vapor)
4. تکنیک‌های ویژه

طیف سنجی جذب اتمی شعله (FAAS)

FAAS به طور عمده برای تعیین غلظت فلزات در محلول بر حسب بخش در میلیون (ppm) با بخش در میلیارد (ppb) به کار می‌رود. یون‌های فلزی به صورت یک افشانه‌ی ریز در یک شعله با دمای بالا اسپری می‌شوند که در آن به اتم‌های خود تجزیه می‌شوند و در نتیجه از یک لامپ کاتد توخالی با عنصر مشخصه نور جذب می‌کنند.

با این که ثابت شده است این روش یک تکنیک پایدار برای تعیین فلزات متداول است، ایراداتی نیز دارد. نخست این که به دلیل نویز طیفی ایجاد‌شده به وسیله‌ی شعله، دارای حساسیت محدودی است. اما این ویژگی با توسعه فناوری بهبود یافته است. ایراد دیگر آن است که در هر بار آزمایش، تنها می‌توان یک فلز را اندازه‌گیری کرد و برای هر عنصر لامپ‌های مختلفی لازم است. هر بار که می‌خواهید چیز متفاوتی را آنالیز کنید لامپ باید تعویض شود. همچنین در FAAS، بخش بزرگی از نمونه (تا 90%) در شعله از بین می‌رود که روی حساسیت تاثیر می‌گذارد. برای مشاهده‌ی لیست موجودی و خرید جذب اتمی شعله کلیک کنید.

طیف سنجی جذب اتمی کوره گرافیتی (GFAAS)

در GFAAS به عنوان نوعی از اتمیزاسیون الکتروگرمایی، نمونه در یک لوله‌ی گرافیتی توخالی قرار می‌گیرد که تا وقتی نمونه به طور کامل تبخیر گردد گرم می‌شود. GFAAS نسبت به FAAS حساس‌تر بوده و می‌تواند حتی غلظت‌های کم فلزات (کمتر از 1 ppb) را در نمونه‌های کوچک‌تر آشکارسازی کند. لوله گرافیتی باریک با استفاده از برق برای گرم‌کردن تضمین می‌کند که همه‌ی نمونه در مدت چند میلی‌ثانیه تا چند ثانیه اتمیزه شود. سپس جذب بخار اتمی دقیقا در ناحیه‌ی بالای سطح گرم‌شده اندازه‌گیری می‌شود. طبیعتا لازم نیست واحد آشکارسازی با نویز طیفی مقابله کند که به حساسیت بالاتر منجر می‌شود. برای مشاهده‌ی لیست موجودی و خرید جذب اتمی کوره کلیک کنید.

طیف سنجی جذب اتمی هیدرید (Hydride)

این اتمایزرها از واکنش‌های شیمیایی برای تبدیل عناصر خاص (مانند آرسنیک، سلنیوم، جیوه و غیره) به هیدریدها یا بخارات فرّار استفاده می‌کنند که می‌توانند به سلول کوارتز منتقل و توسط یک سیم‌پیچ تنگستن گرم‌شده تبخیر شوند. این اتمایزرها، حساسیت و گزینش‌پذیری بسیار بالایی برای این عناصر دارند؛ اما به معرف‌ها و تجهیزات خاصی نیز نیاز دارند.

تکنیک‌های ویژه

در سیستم‌های اتمیزاسیون تخلیه‌ی تابان (glow-discharge atomizing systems) یک بخار اتمیزه تولید می‌شود که می‌توان برای آشکارسازی جذبی درون یک سلول وارد کرد. سلول‌های تخلیه‌ی تابان را می‌توان به عنوان یک افزونه برای اغلب سیستم‌های FAAS به کار برد. نمونه‌ی حالت جامد وارد یک کاتد می‌شود و سپس یون‌های آرگون پرانرژی (Ar) که به وسیله یک جریان الکتریکی از آند به کاتد تولید می‌شوند، برای بمباران و بیرون راندن اتم‌ها در مسیر تابش به کار می‌روند. این فرایند کَندوپاش (sputtering) نامیده می‌شود.

برای این تکنیک، نمونه‌ها باید رسانای الکتریسیته بوده یا با رسانایی از قبیل گرافیت ریز یا Cu مخلوط شوند. حدود آشکارسازی برای نمونه‌های جامد در بازه بخش در میلیون (ppm) است.

اتمایزرهای تولید هیبریدی اغلب برای آنالیز نمونه‌های فلزی سنگین و حتی عناصر دیگر مانند آرسنیک (As)، قلع (Sn)، سلنیم (Se) و بیسموت (Bi) مورد استفاده قرار می‌گیرند. نمونه‌ها قبل از اختلاط با سدیم بوروهیدرید (NaBH₄) رقیق و اسیدی می‌شوند. یک هیبرید فلزی تولید و به وسیله‌ی یک گاز خنثی مانند آرگون به محفظه‌ی اتمیزاسیون منتقل می‌شود. در اینجا نمونه وارد یک شعله یا کوره می‌گردد تا اتم‌های فلزی آزادی تولید کند که آماده آشکارسازی هستند.

جیوه (Hg) تنها فلزی است که در یک شعله یا کوره به خوبی اتمیزه نمی‌شود. برای آنالیز Hg، تکنیک ویژه‌ای به نام اتمیزاسیون بخار سرد به کار می‌رود. نمونه‌ی Hg اسیدی می‌شود و قبل از جاروب‌شدن با یک گاز خنثی کاهش می‌یابد. سپس جذب گاز تعیین می‌گردد.

نکته‌ای که در اینجا وجود دارد، این است که هرکدام از این شیوه‌های اتمیزاسیون می‌توانند به مرور زمان در دستگاه با مشکلاتی مواجه شوند و نیاز است که دستگاه شما به صورت مداوم مورد بررسی و بازبینی عملکرد قرار بگیرد. در نظر داشته باشید که اگر پروسه‌ی اتمیزاسیون به درستی انجام نشود، در نتیجه‌ی میزان جذب به صورت دقیق مشخص نمی‌شود.

منبع نور جذب اتمی و آشکارسازی سیگنال

به طور کل منبع نور مورد استفاده در دستگاه جذب اتمی می‌تواند یکی از حالت‌های زیر باشد:

• منبع نور خطی (LS)
• منبع نور پیوسته (CS)

منابع نور پیوسته معمولا به وسیله‌ی لامپ‌های دوتریم تولید شده و نور را در بازه‌ی وسیعی از طول موج‌ها گسیل می‌کند در حالی که منبع تابش را در طول موج‌های خاص منتشر می‌کند که معمولا به وسیله‌ی یک لامپ کاتد توخالی تولید می‌شود.

برای بهبود محدودیت‌های آشکارسازی، تکفام‌سازها (Monochromator) برای انتخاب طول موج یکسان نور جذب‌شده به وسیله‌ی نمونه و جداکردن سایر طول موج‌ها به کار می‌روند. این امر تضمین می‌کند که تنها عنصر مورد نظر آشکارسازی خواهد شد. آشکارساز (Detector) سیگنال نور را به یک سیگنال الکتریکی متناسب با شدت نور تبدیل می‌کند. تجهیزات قدیمی، از تکثیرکننده‌های فوتونی برای آشکارسازی استفاده می‌کردند؛ اما امروزه با آشکارسازهای CCD جایگزین شده‌اند. رزولوشن به ازای هر پیکسل در یک آشکارساز آرایه‌ی CCD حدود 1.5 pm است که برای استفاده از نور پیوسته به اندازه کافی کوچک است. علاوه بر این اگر یک آشکارساز CCD مثلا از 200 پیکسل استفاده کند، هر یک از آن‌ها اندازه‌گیری خود را از جذب یا جذب یکپارچه انجام می‌دهند که یعنی دستگاه 200 آشکارساز مستقل دارد که نسبت سیگنال به نویز بهتری را ارائه می‌کند.

تا اواخر دهه‌ی 1990، طیف‌سنج‌های LS تنها ابزار به کار رفته در AAS بودند. والش در دهه‌ی 1950 نشان داد که دشواری اصلی جذب اتمی آن است که روابط بین جذب و غلظت به رزولوشن طیف‌سنج و به اندازه‌گیری جذب قله یا جذب کل تعیین‌شده به وسیله مساحت زیر منحنی جذب/طول موج بستگی دارد. بنابراین او استفاده از منابع طیف پیوسته (منابع شامل بازه وسیعی از طول موج‌ها) را کنار گذاشت زیرا انجام این کار به رزولوشن حدود 2 pm نیاز داشت که در آن زمان قابل دستیابی نبود.

در ضمن، محققان مزایای بالقوه‌ی بسیاری برای استفاده از یک منبع تابش پیوسته را مشاهده کردند. یکی از این مزیت‌ها آن است که بیش از یک آنالیت را می‌توان به طور همزمان آشکارسازی کرد. این امر به توسعه‌ی همه انواع منابع تابش، تکفام‌ساز‌ها و چندفام‌سازها، آشکارسازها و اصول ارزیابی CS AAS منجر می‌شود. تنها در سال 1996 بود که یک گروه تحقیقاتی از آلمان، ایده‌ی طیف‌سنج کاملا جدیدی را ارایه کردند. آن‌ها از یک لامپ قوس کوتاه زنون (Xe)، یک تک‌فام‌ساز دوتایی با رزولوشن بالا و یک آشکارساز آرایه خطی CCD استفاده کردند. در اوایل دهه 2000، نخستین طیف‌سنج CS AAS با رزولوشن بالا (HR-CS AAS) توسط یک شرکت آلمانی ساخته شد.

HR-CS GFAAS محدودیت‌هایی دارد.مثلا هر عنصر به دمای اتمیزاسیون متفاوتی نیاز دارد. اما در شناسایی سریع ترتیبی با استفاده از HR-CS FAAS تعداد نامحدودی آنالیت (به صورت اتمیزه همزمان) حضور دارند و می‌توان آن‌ها را با تغییر ساده‌ی طول موج برای جابجایی از یک آنالیت به بعدی آشکارسازی کرد. این دستگاه امکان تنظیم ترکیب شعله، استوکیومتری و ارتفاع مشعل را نیز در حد یک ثانیه فراهم می‌آورد. قبلا درLS AAS این تنظیمات زمان زیادی می‌برد؛ به ویژه وقتی چند آنالیت یکی پس از دیگری تعیین می‌شد.

چند روش برای تصحیح پس‌زمینه در LS AAS وجود دارد که اغلب آن‌ها به دلیل استفاده از لامپ تکثیرکننده فوتونی یا آشکارسازهای حالت جامد محدودیت‌هایی دارند که بازه‌ی طیفی انتقالی به وسیله‌ی شکاف خروج را یک‌پارچه می‌سازد. در مقابل نرم‌افزار همراه با یک آشکارساز CCD در HR-CS AAS به طور خودکار اصلاحات را روی هر دو سمت خط آنالیز انجام می‌دهد. هرگونه تغییر در شدت تابش به طور خودکار به خط مبنا اصلاح می‌شود و به سطح نویز بسیار پایین می‌انجامد.

جهت خرید لامپ جذب اتمی کلیک کنید.

تفسیر خروجی یک طیف سنج جذب اتمی

تفسیر خروجی‌ها در AAS بسیار ساده است و از قانون بیر پیروی می‌کند که طبق آن جذب با غلظت، نسبت مستقیم دارد. این بدان معنی است که غلظت آنالیت با خروجی الکتریکی دریافتی از آشکارساز دارای همبستگی است. یکی از روش‌های تعیین غلظت نامعلوم یک آنالیت، استفاده از چند محلول‌ با غلظت‌های معلوم به منظور کالیبره‌کردن دستگاه است. منحنی، تابش (جذب) بر حسب غلظت را نشان می‌دهد و وقتی نمونه اندازه‌گیری می‌شود، مقدار غلظت را می‌توان از منحنی کالیبراسیون دستگاه جذب اتمی به دست آورد.

مثلا در آنالیز سرب (Pb) نور در 283.3 nm، متناظر با یکی از خطوط طیفی سرب از طریق شعله‌ی حاوی نمونه عبور می‌کند. این باریکه دارای نور 283.3 nm است. اتم‌های Pb نور را جذب می‌کنند و برانگیختگی الکترون‌های آن‌ها رخ می‌دهد. مقدار جذب به دست می‌آید و غلظت نامعلوم Pb در نمونه را می‌توان از منحنی کالیبراسیون دستگاه قرائت کرد. امروزه همه‌ی این کارها به وسیله رایانه انجام می‌شود؛ اما درک اصول منحنی کالیبراسیون دستگاه جذب اتمی مهم است. در تصویر شماره‌ی 7، چهار مقدار جذب محلول‌های آنالیت با غلظت‌های معلوم وجود دارد. جذب نمونه اندازه‌گیری می‌شود و غلظت را می‌توان از نمودار کم کرد.

در تصویر شماره‌ی 8 یک قرائت نوعی از جذب بر حسب طول موج از آنالیز هم‌زمان قلع (Sn)، کادمیم (Cd) و آهن (Fe) مثلا در یک نمونه‌ی غذای هضم‌شده نشان داده شده است. خطوط طیفی این سه عنصر که با مقادیر طول موج نشان داده شده، به یکدیگر نزدیکند. این موضوع در این مورد امکان آشکارسازی هم‌زمان را فراهم می‌آورد.

در صورت نیاز به استفاده از خدمات آنالیز عنصری، تفسیر نتایج یا آماده سازی نمونه می‌توانید با کارشناسان شرکت حسگر مواد صبا در ارتباط باشید. برای مشاهده‌ی خدمات این شرکت در این مورد، از صفحه‌ی آنالیز جذب اتمی دیدن نمایید.

اصلاح پس‌زمینه (Background Correction)

در هنگام به‌دست‌آوردن طیف‌های جذبی، آشکارساز ممکن است سیگنال‌هایی از ذرات دیگر در شعله را دریافت کند که به تداخل پس‌زمینه منجر شود. این بدان معنی نیست که طیف به‌دست‌آمده بیانگر نمونه نیست؛ این اتفاق سبب از دست رفتن جزئیات طیفی از قبیل پهن‌شدگی قله و ظهور قله‌هایی در جاهایی می‌شود که نمونه جذب ندارد. تکنیک‌های مناسب اصلاح پس‌زمینه می‌توانند این انحرافات را به حداقل رسانده و سیگنال حاصل از آنالیت را ارتقا دهند.

1. کورتیوهان و پیکت، نخستین تکنیک پس‌زمینه‌ی خودکار را با استفاده از ترکیبی از Cs، از قبیل یک لامپ دوتریم و یک لامپ کاتد توخالی (سیگنال LS) توسعه دادند. تابش عبوری از دستگاه بین پیوستار دوتریم و منبع آنالیت نوسان می‌کند و سپس جذب پس‌زمینه را از جذب کل اندازه‌گیری‌شده از لامپ کاتد توخالی کسر می‌نماید. البته این روش ایراداتی دارد؛ یک مورد از آن اشکالات این است که دوتریم یک منبع فرابنفش است که بازه‌ی طول موج برای تحلیل‌گر را محدود می‌کند.
2. اسمیت و هیفجه یک روش اصلاح پس‌زمینه بر اساس پالس جریان بالا و عادی یک لامپ کاتد توخالی ارائه کردند. وقتی جریان عادی فعال است، جذب کل که شامل تداخل‌ها است به دست می‌آید و پس‌زمینه با پالس جریان بالا به دست می‌آید. این تکنیک تنها برای عناصر فرار به خوبی کار می‌کند. علاوه بر این، تنها می‌توان آن را برای FAAS به کار برد. ضمنا، پالس پیوسته باعث کاهش طول عمر لامپ‌های کاتد توخالی می‌شود.
3. روش اصلاح پس‌زمینه اثر زیمان که از یک میدان مغناطیسی متناوب برای تولید داده‌های پس‌زمینه بر حسب نمونه استفاده می‌کند، اغلب در LS GFAAS به کار می‌رود و اساسا طی سال‌ها توسعه یافته است. اما وقتی نمونه حاوی فلزات دیگری مانند Ni و Fe، متفاوت با آنالیت با خطوط طیفی نزدیک به طول موج آنالیت باشد محدودیت‌هایی دارد.

در مقابل در HR-CS AAS، نرم‌افزار دستگاه به طور خودکار پیکسل‌های اصلاح را در هر دو سمت خط آنالیز انتخاب می‌کند که هیچ خط جذبی را نشان نمی‌دهند. هرگونه افزایش یا کاهش شدت تابش که برای همه پیکسل‌های اصلاحی یکسان باشد، به طور خودکار با خط مبنا اصلاح خواهد شد. این یعنی خروجی سیگنال برای نویز لامپ و هر پس‌زمینه‌ی پیوسته اصلاح می‌شود. همچنین این روش برعکس LS AAS است که در آن اصلاحات پس‌زمینه سهم زیادی در نویز مبنا دارند (اقلا دو یا چند برابر افزایش در نویز). این به نوبه‌ی خود روی دقت، حد آشکارسازی (LOD) و حد کمی‌سازی (LOQ) تاثیر خواهد داشت.

کاربردهای دستگاه جذب اتمی در صنایع

دستگاه AAS، کاربردهای متعددی در زمینه‌های مختلف دارد که نیاز به تحلیل عنصری نمونه‌ها دارد. چند نمونه از این موارد استفاده را در ادامه مرور می‌کنیم:

• آنالیز غذا و نوشیدنی
  اندازه‌گیری سطوح عناصر ضروری یا سمی در محصولات غذایی مانند غلات، میوه‌ها، سبزیجات، گوشت، محصولات لبنی و غیره.
  به عنوان مثال، دستگاه جذب اتمی می‌تواند محتوای کلسیم در شیر، آهن موجود در غلات یا محتوای سرب در غذاهای کنسرو‌شده را تعیین کند.
• آنالیز آب
  با اندازه‌گیری غلظت عناصری مانند سدیم، پتاسیم، منیزیم، کلسیم، آهن، منگنز، مس و روی می‌توان از این دستگاه برای نظارت بر کیفیت آب آشامیدنی، فاضلاب یا آب دریا استفاده کرد.
  مثلا دستگاه جذب اتمی می‌تواند در شناسایی آلودگی آرسنیک در آب‌های زیرزمینی یا آلودگی جیوه در آب دریا استفاده شود.
• تحقیقات بالینی
  با این دستگاه می‌توان برای تشخیص یا درمان بیماری‌های مربوط به عدم تعادل عنصری یا کمبود مایعات بدن انسان مانند خون، ادرار و بزاق استفاده کرد.
  به عنوان مثال دستگاه جذب اتمی می‌تواند سطوح آهن در خون را برای تشخیص کم‌خونی یا نظارت بر درمان اندازه‌گیری کند یا سطح لیتیوم خون را برای پایش درمان اختلال دوقطبی آنالیز کند.
• آنالیز دارویی
  با اندازه‌گیری غلظت مواد فعال یا ناخالصی‌های موجود در محصولات دارویی مانند قرص، کپسول و پودر می‌توان از دستگاه جذب اتمی برای تأیید خلوص و قدرت داروها استفاده کرد.
  مثلا دستگاه جذب اتمی می‌تواند میزان آسپرین را در مسکن‌ها تعیین کند یا وجود فلزات سنگین در داروهای گیاهی را اندازه بگیرد.

نقاط قوت و محدودیت‌های طیف سنجی جذب اتمی

در ادامه به صورت تیتروار به مزایا و معایب این نوع آنالیز می‌پردازیم:

مزایا

• هزینه‌ی پایین هر آنالیز
• استفاده‌ی آسان
• حساسیت بالا
• دقت بالا
• عدم تداخل بین‌عنصریدر اغلب موارد
• کاربرد گسترده در بسیاری از صنایع

معایب

• نمی‌تواند غیرفلزات را شناسایی کند.
• تجهیزات جدید بسیار گران هستند.
• بیشتر برای آنالیز محلول‌ها طراحی شده‌ است.
• نمونه از بین می‌رود.