اتمیک اسپکترومتری یا طیف سنجی اتمی
متداول ترین روش تجزیه عناصر فلزی در نمونه های مختلف است طیف سنجی اتمی است، که اساس آن، تبدیل نمونه به بخار اتمی و بررسی نشر، جذب و فلوئورسانس آن است. مهم ترین قسمت در هر روش طیف‌سنجی اتمی، منبع تولید بخار اتمی از نمونه است. منابع و روش های متعددی، مانند شعله ها، قوس های مستقیم و پیوسته الکتریکی، جرقه های الکتریکی متناوب، اتمساز الکتروحرارتی، پلاسمای ریزموج، پلاسمای رادیویی و لیزرها، برای تولید بخار اتمی وجود دارند. روش های طیف سنجی اتمی به دو طبقه نشری و جذبی تقسیم می شود، که وجه مشترک هر دو، تبدیل نمونه به بخاری از اتم ها در وسیله ای به نام اتمساز یا اتمایزر (Atomizer) است.
در روش های نشری، تابش نشر شده از اتم های موجود در نمونه، تجزیه و تحلیل شده و در تجزیه کیفی و کمّی آن ها استفاده می شود. در روش های جذبی، بخار اتم های موجود در نمونه در معرض تابش ساطع شده از یک منبع مناسب قرار گرفته و میزان جذب تابش، در اندازه گیری آن ها استفاده می شود. هر کدام از روش های نشری و جذبی، شامل انواع مختلف است، ولی همه آن ها از دو ویژگی مهم، ویژه بودن و حساس بودن برخوردار هستند. به طوری که در روش های معمول، تا حدود ۱ پی پی ام (۱ ppm) یا ۱ قسمت در میلیون (mg/L) در روش های پیشرفته تر کمتر از ۰٫۰۰۱ ppm را می توان اندازه گرفت.
تفاوت طیف سنجی جذب، نشر و فلوئورسانس اتمی
اساس همه روش های طیف سنجی اتمی، مانند طیف سنجی جذب اتمی (AAS: Atomic Absorption Spectrometry)، طیف سنجی نشر اتمی (AES: Atomic Emission Spectrometry)، یا طیف سنجی فلوئورسانس اتمی (AFS: Atomic Florescence Spectrometry) ایجاد اتم های آزاد، اتم های یونیده نشده یا یون های اتمی در فاز گاز است. اختلاف اجزای تشکیل دهنده دستگاه و خواص آن ها، در این روش ها بسیار کم است و به طول موج ناحیه کاربرد آن ها مربوط است. آشکارسازها و تکفامسازهای مورد استفاده در این دستگاه ها، مشابه است. نمونه ها معمولاً به صورت مایع از طریق مهپاشی محلول، وارد دستگاه می شوند. قسمت اصلی یا قلب هرکدام طیف سنج های اتمی، واحد اتمساز– برانگیختگی (شکل ۱)، است.
شکل ۱٫ آرایش طیف سنج های اتمی، (الف) AES، (ب) AAS، (ج) AFS.
در طیف سنجی جذب اتمی(شکل ۱ب)، سیستم اتمسازی و منبع تابش در یک خط قرار دارند. باریکه ای از تابش الکترومغناطیس از میان بخار اتمی نمونه عبور کرده و جذب اتمی ویژه اندازه گیری می شود. اصول کار دستگاه های جدید جذب اتمی، هنوز هم مانند دستگاه های اولیه جذب اتمی است. بیشترین توسعه در الکترونیک این دستگاه ها اتفاق افتاده است. ریزپردازنده ها به طور قابل توجهی کار کردن با این دستگاه ها را ساده کرده است. دستگاه های جدید سریعتر و ایمن تر هستند و عملکرد آن ها نسبت به دقت و صحت بهبود یافته است. استفاده از نمونه دهنده خودکار (اتوسمپلر، auto-sampler) امکان تجزیه ۶ عنصری۵۰ نمونه در ۳۵ دقیقه، یعنی حدود ۵۰۰ اندازه گیری در یک ساعت را امکان پذیر کرده است. طیف سنجی فلوئورسانس اتمی (AFS) جنبه های عالی زیادی (مانند سادگی طیفی، گستره دینامیکی وسیع و تجزیه همزمان چندعنصری)، برای تجزیه عناصر مقادیر کم دارد. در AFS، اتم های نمونه، در اتمساز توسط تابش الکترومغناطیسی شدید ساطع شده از منبع، تابش دهی می شوند. اگر انرژی (طول موج) تابش ورودی به نمونه با حالت های انرژی اتم ها کاملاً منطبق باشد، اتم های نمونه برانگیخته می شوند. اتم های برانگیخته ازطریق برخوردها و نشر تابش فلوئورسانس به حالت پایه آسایش می یابند. در نتیجه، شدت تابش فلوئورسانس اندازه گیری می شود. علامت اندازه گیری شده نباید شامل تابش از منبع تحریک باشد. به همین دلیل، آشکارساز و منبع تحریک، نسبت به یکدیگر در زاویه ۹۰ درجه قرار دارند. در AFS، تکفامساز نشان داده شده در شکل (۱ج)، همیشه لازم نیست (یعنی وقتی که منبع فقط طول موج مخصوص اتم ها را ساطع می کند، اندازه گیری انجام می شود). بنابراین، فقط این اتم ها برانگیخته می شوند.