کاربردهای طیف سنجی اتمی چیست؟

امروزه دستگاه های طیف سنجی اتمی برای تجزیه مقادیر کم عناصر در نمونه های مختلف زمین شناسی، متالورژی، معدنی، غذایی، دارویی، محیط زیستی، آب و پساب، کشاورزی و منابع طبیعی، نفت و پتروشیمیایی و غیره، کاربرد دارد. وجود حداقل یک دستگاه طیف بینی اتمی در هر آزمایشگاهی ضروری است.

طیف‌سنجی جذب اتمی (AAS)  یک روش اسپکتروسکوپی برای اندازه‌گیری کمی عناصر شیمیایی با استفاده از جذب اشعه نوری (نور) توسط اتم در حالت گازی است. در شیمی تجزیه این تکنیک برای تعیین غلظت یک عنصر خاص در یک نمونه مورد استفاده قرار می‌گیرد. AAS می‌تواند برای تعیین مقدار کمی بیش از ۷۰ نوع از عناصر مختلف مورد استفاده قرار گیرد.

طیف‌بینی نشر، جذب و فلوئورسانس اتمی، از متداول­ترین روش­های تجزیه عناصر فلزی در نمونه­ های مختلف مصنوعی، طبیعی و زیستی است. اساس تمام این روش­ها، تبدیل نمونه به بخار اتمی و بررسی نشر، جذب و فلوئورسانس آن است. بنابراین، مهم­ترین قسمت در هر روش طیف‌سنجی اتمی، منبع تولید بخار اتمی (اتم­ها یا یون­های گازی آزاد) از نمونه است. منابع و روش­های متعددی، مانند شعله­ ها، قوس­های مستقیم و پیوسته الکتریکی، جرقه­ های الکتریکی متناوب، اتم­ساز الکتروحرارتی، پلاسمای ریزموج، پلاسمای رادیویی و لیزرها، برای تولید بخار اتمی وجود دارند. روش­های طیف­ بینی اتمی به دو طبقه نشری و جذبی تقسیم می­شود، که فصل مشترک هر دو، تبدیل نمونه به بخاری از اتم­ها در وسیله­ ای به نام اتم­ساز (Atomizer) است.

در روش­های نشری، تابش نشر شده از اتم­های موجود در نمونه، تجزیه و تحلیل شده و در تجزیه کیفی و کمّی آن­ها استفاده می­شود. در روش­های جذبی، بخار اتم­های موجود در نمونه در معرض تابش ساطع شده از یک منبع مناسب قرار گرفته و میزان جذب تابش، در اندازه­ گیری آن­ها استفاده می­شود. هر کدام از روش­های نشری و جذبی، شامل انواع مختلف است، ولی همه آن­ها از دو ویژگی مهم، ویژه ­­بودن وحساس­­ بودن برخوردار هستند. به­ طوری که در روش­های معمول، تا حدود ppm 1 (قسمت در میلیون یا ^۱-mg.L) و در روش­های پیشرفته ­تر کمتر از ppm 0.001 را می­توان اندازه گرفت. طیف­بینی اتمی (جذبی و نشری) بیشتر در محدوده فرابنفش– مرئی طیف الکترومغناطیس قرار دارد.

هنگام اندازه‌گیری چند عنصر در غلظت‌های بیشتر از ۱۰۰ ppb در تعداد کم نمونه، طیف‌سنج جذب اتمی شعله­ ای (FAAS) یا طیف‌سنجی نشر اتمی پلاسما مایکروویو (MP-AES) ایده‌آل هستند. با MP-AES می توان ۷۰ عنصر را اندازه­ گیری کرد، درحلیکه با FAAS تعداد ۶۷ عنصر اندازه گیری می­ شود. اگر نیاز به اندازه گیری S، Ce یا Th باشد، MP-AES بهترین انتخاب بین این دو است. با این حال، عناصری وجود دارد که نمی­ توان آنها را با FAAS و MP-AES اندازه‌گیری کرد.

اگر عناصر مورد اندازه‌گیری، Cl، I ، Tc یا Pm رادیواکتیو باشد، آن‌گاه ICP-OES بهترین انتخاب است. زیرا با AAS و MP-AES نمی‌توان این عناصر را اندازه‌گیری کرد. لازم به توجه است که اگر اندازه گیری مقادیر کم این عناصر (کمتر از ۲۰ppm کلر و کمتر از ۲۰۰ppm ید) مدنظر باشد، یا اگر تعیین عناصری مانند Br، Np رادیواکتیو، Pu، Am، Ra یا عناصر اکتینیدهای (Ac، Bk، Cf، Cm، Pa، Po) مورد نظر باشد، ICP-MS تنها انتخاب است. با این حال، قیمت زیاد دستگاه ICP-MS استفاده از آن را برای اندازه گیری تعداد کم نمونه با غلظت متوسط ​​تا زیاد عناصری که با FAAS، MP-AES، یا ICP-OES قابل اندازه گیری هستند، توجیه نمی­کند.

تفاوت FAAS و ICP-OES چیست؟

قیمت خرید دستگاه FAAS کمتر است. زمان آنالیز نمونه با دستگاه MP-AES و دستگاه جذب اتمی شعله ­ای با سیستم متوالی سریع (FAAS FS) مشابه است. قیمت خرید یک دستگاه ICP-OES بیشتر است، اما توسط آن می­ توان نمونه‌ها را بسیار سریع‌تر از FAAS یا MP-AES آنالیز کرد. اگر تعداد نمونه‌های مورد آنالیز زیاد باشد یا تعداد عناصری که در یک نمونه باید اندازه‌گیری شوند زیاد باشد، استفاده از دستگاه ICP-OES بهترین انتخاب خواهد بود.

آنالیز با دستگاه MP-AES کمترین هزینه‌های جاری را دارد و از گازهای قابل اشتعال نیز استفاده نمی‌شود. لذا، می‌توان از آن با ایمنی کامل و بدون مراقبت کار کرد. همچنین، برای مکان‌های دوردست، با استفاده از ژنراتور نیتروژن، آنالیز با MP-AES ایده‌آل است و فقط به منبع تغذیه نیاز دارد (بدون منبع گاز).

مزایای جذب اتمی شعله ای (FAAS)

دستگاه FAAS برای آزمایشگاه های زیر ایده آل است:

• از روش‌های معمولی FAAS استفاده می کنند، برای مثال، در کاربردهای صنایع غذایی و محیط زیستی.
• در جایی که از روش‌های استاندارد استفاده می شود، چون FAAS مدت طولانی مورد استفاده قرار گرفته است، روش‌های مستند زیادی برای استفاده از آن وجود دارد.
• در جایی که فقط اندازه گیری چند عنصر و چند بار در هفته لازم است.

مزایای نشر اتمی پلاسمای القا شده با میکروموج (MP-AES)

دستگاه MP-AES برای موارد زیر ایده آل است:

• تعداد نمونه های مورد آنالیز زیاد است و می‌توان دستگاه را در طول شب با اتوسمپلر، بدون مراقبت رها کرد تا آنالیز تعداد ریادی نمونه کامل شود.
• کپسول های گاز و هزینه های مصرفی در مقایسه با FAAS کاهش می یابد.
• اندازه گیری S، Ce یا Th نیز امکان پذیر است.
• استفاده از این دستگاه در آزمایشگاه کارخانه پتروشیمی یا مکان دیگری که در آن شعله مجاز نیست، بهتر است.
• عدم نیاز به جابه جایی سیلندرهای گاز یا استفاده از گازهای قابل اشتعال که خطر ایمنی دارند.

مزایای طیف سنج نشر نور پلاسمای جفت شده القایی (ICP-OES)

دستگاه ICP-OES در موارد زیر ایده آل است:

• برای آنالیز با روشهای تنظیم شده ICP-OES که در کاربردهای غذایی و محیطی بسیار رایج است.
• برای نمونه هایی که باید Cl یا I اندازه گیری شود.
• تعداد نمونه ها یا تعداد عناصری که باید اندازه گیری شود، بسیار زیاد است.
• غلظت عناصر در نمونه شما ناچیز است و لذا، به حدود تشخیص کمتری نیاز است.
• با استفاده از اتوسمپلر، دستگاه را می توان بدون مراقبت در طول شب در حال کار قرار داد.

مقایسه ICP-OES،  FAAS و MP-AES در کنار هم