طیف سنجی اتمی چیست؟

در اواسط قرن ۱۹، بونسن و کیرشهف در طول آزمایش هایی که انجام دادند مشخص کردند که تابش منتشر شده از شعله های آتش، مرتبط به عنصر درون آتش است.

در دهه ۱۹۸۰ بولینگ بارنز، دیوید ریچاردسون، جان بری و رابرت هود، جهت اندازه گیری غلظت کم سدیم و پتاسیم در یک محلول دستگاهی را محیا کردند که آنها این دستگاه را فلیم فوتومتر نامیدند.

طیف سنجی اتمی روشی در شیمی می باشد که به سه نوع جذب، انتشار و طیف سنجی لومینسنس دسته بندی می شود.

قدیمی ترین روش اندازه گیری جرم عناصر روش طیف سنجی جرمی می باشد. فلیم فتومتری شاخه ای از طیف سنجی جرمی است که در آن، آنالیزهای شیمی معدنی جهت تعیین غلظت یون های فلزی خاص، به عنوان مثال، سدیم، پتاسیم، لیتیوم، کلسیم و… استفاده می شود.

اساس کار فیلم  فتومتر چیست؟

اساس کار فیلم  فتومتر برپایه اندازه گیری شدت نور ساطع شده هنگام ورود فلز به شعله استوار است.

در این روش نمونه یون های فلزی مورد استفاده برای طیف سنجی، به حالت اتم می باشند. در واقع این روش بر پایه جداسازی فلزات قلیایی(گروه ۱ جدول تناوبی) و فلزات قلیایی خاکی(گروه ۲ جدول تناوبی) به دلیل انرژی حرارتی می باشد. می توان عنصر مورد نظر را از روی رنگ طول موج به وجود آمده، تشخیص داد. همچنین مقدار عنصر موجود در نمونه را می توان توسط رنگ شعله تشخیص داد. اتم ها براساس حرارت، برانگیخته می شوند و به سطح های بالاتر انرژی می روند که ناپایدار هستند. زمانی که به سطوح پایدار برمی گردنند از خودشان نوری ساطع می کنند که میزان جذب نور به دلیل تحریک الکترون ها را می توان با استفاده از تکنیک های جذب مستقیم در ناحیه قابل مشاهده طیف جذبی، اندازه گیری کرد. طول موج نور ساطع شده برای عناصر، محدوده است.

اجزای دستگاه فلیم فتومتر

منبع حرارتی

منبعی که شعله را تامین می کند و می توان به صورت ثابت و در دمای ثابت از آن نگهداری کرد. دمای شعله یکی از عوامل مهم در فتومتری می باشد.دمای شعله به نسبت سوخت و ماده اکسید کننده که می تواند اکسیژن یا اکسید نیتروژن باشد بستگی دارد.

نبولایزرمنبع حرارتی و میکسر

انتقال محلول همگن ماده در شعله با سرعت ثابت را آسان می کند.

سیستم نوری

سیستم نوری شامل سه بخش آینه محدب، لنز و فیلتر می باشد. آینه محدب به انتقال نور ساطع شده از اتم ها و متمرکز شدن انتشار در لنزها کمک می کند. لنزهای محدب باعث می شوند تا نور روی نقطه ای بنام شکاف تمرکز کند. بازتاب ها از شکاف آینه عبور کرده و به فیلترها می رسد. این حالت باعث می شود که طول موج از میان دیگر انتشار ها اندازه گیری شود. از این رو به عنوان فیلتر رنگی نوع تداخلی رفتار می کند.

فتودیتکتور

نوری که ساطع میشود را شناسایی کرده و میزان شدت تابش ساطع شده توسط شعله را اندازه گیری می کند. نور ساطع شده با کمک دیتکتور به سیگنال الکتریکی تبدیل شده که این سیگنال ها با شدت نور ساطع شده متناسب است.

عملکرد دستگاه فلیم فتومتر 

نحوه عملکرد دستگاه فلیم فتومتر به صورت مراحل زیر است:

ابتدا حلال تبخیر شده و ذره های جامد کوچک جدا می شوند. این ذرات به طرف شعله یعنی جایی که اتم ها و یون های گازی تولید می شوند حرکت کرده و یون ها با جذب انرژی از شعله، برانگیخته می شوند. زمانی که اتم ها به حالت پایدار بر می گردند اشعه ای ساطع می شود که به غلظت عنصر مربوط است.

مزایای دستگاه فلیم فتومتر

فلیم فتومتر کاربردها و مزایای مختلفی دارد، که به عنوان مثال می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

دستگاه اطفای حریق

دستگاه در صورت شعله ور شدن پس از 7 ثانیه احتراق ثابت متوقف شده و سپس سوپاپ مغناطیسی، سوپاپ گاز را به صورت خودکار به همراه نور و صدا، دقت و ایمنی بالاخاموش می‌کند.

در مقایسه با نصب القایی یونی، در بعضی از دستگاه ها، ترموکوپل قطع احتراق نصب می شود. در زمان اشتعال، حجم گاز باید افزایش پیدا کند. از طرف دیگر تا زمانی که شعله ترموکوپل را نسوزانده باشد دستگاه قادر به تشخیص آن نمی باشد. بعلاوه، درصورت قطع شعله، دستگاه فقط زمانی کار می کند که دمای ترموکوپل افت کرده باشد که منجر به نشت گاز می‌شود. در برابر نصب القایی یونی برخی دیگر از فلیم فتومترها آشکارسازهای فتوالکتریکی دارند. این نوع فلیم فتومترها دارای عیوبی نیز هستند و با باز شدن لوله و ورود نور طبیعی به دستگاه نشت گاز ایجاد می‌شود و پس از بسته شدن لوله، انفجار رخ می‌دهد. بعد از اولین اشتعال، مقداری بخار در لوله شیشه ای ظاهر می‌شود که این امر منجر به برداشت اشتباه می‌ شود.

بهره برداری طولانی مدت، نصب و نگهداری آسان

اگر دستگاه را در بهینه ترین حالت خود تنظیم کنیم، پس از استفاده طولانی مدت، سرعت تزریق نمونه کمتر می‌شود. گرد و خاک سوزن را می توان به وسیله سیم ظریف یا سرنگ تمیز کنید. سپس پیچ های ثابت کناری را با استفاده از آچار شش ضلعی باز کرده و فاصله سوزن‌ها را به بالا و یا پایین تنظیم کرد.

سیستم اشتعال خودکار

دکمه فلزی و روکش کنتاکتور باعث افزایش طول عمر و بهره وری از دستگاه می‌شود. برای شروع اشتعال، دکمه Ignition Start/Stop را فشار دهید. اشتعال به مدت 7 ثانیه ادامه پیدا می کند و سپس بصورت خودکار متوقف می شود. زمانی که شعله دریافت شد، اشتعال متوقف شده و سوپاپ مغناظیسی حالت استارت اپ را حفظ می‌کند.

سوپاپ اطمینان

فشارسنج در سطح پایین دستگاه قرار دارد، بنابراین می‌توان مقادیر آن را به راحتی بررسی کرد و در سطح فوقانی دستگاه اصلی شیر تنظیم کننده قرار گرفته است که در صورت ایجاد تغییر در فشارمی توان به راحتی آن را تنظیم کرد. کاربرها می‌توانند از بخش کناری میزان آب موجود در حوضچه سوپاپ اطمینان را مشاهده کنند. علاوه بر این، در قسمت پشتی دستگاه اصلی سوپاپ تخلیه قرار گرفته است.

کلاهک اشتعال جداپذیر

در مدت طولانی پس از استفاده، رسوبات کربن در کلاهک اشتعال بر جای می ماند. در این مرحله کاربر فقط باید با گشودن پیچ خمیده در جهت عقربه های ساعت، کلاهک اشتعال را بردارد و به راحتی درون آن را پاکسازی کرده و تنظیمات آن را عوض کند.

علاوه بر قابلیت‌ها و مزایایی که از فلیم فتومتر گفته شد، موارد زیر نیز از مزیت های فلیم فتومتر می باشند:

فلیم فتومتر، ساده و مقرون به صرفه می باشد که بر اساس آنالیز شعله مورد استفاده قرار می‌گیرد. عنصرهایی مانند فلزات قلیایی و قلیایی خاکی از طریق این وسیله که روش ساده و معتبری می باشد، تعیین می‌شود.

معایب فلیم فتومتر

با وجود این که فلیم فتومتر در زمینه شیمی تجزیه، کاربردهای گسترده ای دارد، با این وجود این دستگاه دارای معایبی نیز می باشد. به عنوان مثال این دستگاه نمی تواند غلظت یون فلزی محلول را بطور دقیق اندازه گیری کند. برای تعیین غلظت یون هایی که با طیف های نشری مطابقت دارند، محلولی استاندارد با مولاریته شناخته شده مورد نیازمی باشد. دسترسی به نتایج دقیق از یون هایی با غلظت بالاتر بسیار سخت است واطلاعات مربوط به ساختار مولکولی ترکیبات موجود در محلول ساده قابل بررسی نیست. همچنین عناصری از قبیل کربن، هیدروژن و هالیدها به دلیل خاصیت غیرتابشی، قابل تشخیص نمی باشند.

کاربردهای گسترده فیلم فتومتر

فوتومتر در صنایع مختلف مانند مواد شیمیایی، خاک، کشاورزی، داروها، شیشه و سرامیک، مواد گیاهی و آب، اقیانوس ­شناسی و آزمایشگاه­ های بیولوژیکی و میکروبیولوژیکی مورد استفاده قرار می ­گیرد. برخی کاربردهای آن به شرح زیر می باشد:

معمولا در تعیین پتاسیم، سدیم، منیزیم و کلسیم در مایعات بیولوژیکی نظیر سرم، پلاسما، خون و … مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین روش استاندارد تجزیه و تحلیل آب صنعتی و آب طبیعی به منظور تعیین عناصر آب سخت (منزیم، باریم، کلسیم و …) در بسیاری از آزمایشگاه ها می باشد. نمونه های خاک به طور معمول توسط فلیم فوتومتر برای تعیین عناصر مختلف به ویژه سدیم، پتاسیم و همچنین کلسیم و منیزیم مورد بررسی قرار می گیرند.

برخی از عناصر مهم که توسط این روش تعیین می شوند عبارت هستند از:

آلومینیوم، باریم، کلسیم، کروم، مس، آهن، سرب، منیزیم، پتاسیم، روی، منگنز، استرانسیم و …

کاربرد دستگاه فلیم فوتومتر در کجاست؟

از فتومتری در صنعت شیشه برای تعیین سدیم، پتاسیم، بور، لیتیوم و … استفاده می­ شود. علاوه بر این در صنعت سیمان، برای ارزیابی پتاسیم، کلسیم، منیزیم، منگنز و لیتیوم استفاده می ­شود. فلیم فوتومتری به طور وسیعی در تخمین فلزات قلیایی و قلیایی خاکی زمین و دیگر فلزات موجود در محصولات متالوژیکی، کاتالیزگرها، آلیاژها و …  مورد استفاده قرار می گیرد.

از طرف دیگر در تعیین فلزات مشخص سرب و منگنز موجود در محصولات نفتی مانند بنزین، روغن های روان کننده و حلال های آلی استفاده می شود. تجزیه و تحلیل خاکستر توسط شعله فوتومتر به طور معمول در صنایع مختلف برای ارزیابی فلزات قلیایی و قلیایی زمین به عنوان اکسید آنها انجام می شود.

مراحل انجام آزمایش توسط دستگاه فلیم فتومتر

نحوه کار با دستگاه فلیم فتومتر به این صورت می باشد که نمونه مورد نظر را وارد دستگاه می کنیم سپس سوزن وارد نمونه شده و حال خلائی در اتومایزر ایجاد می شود که باعث کشیده شدن مواد از نمونه می شود. حال مواد کشیده شده همراه با هوای فشرده وارد میکسر شده و سپس مواد و هوای فشرده با هم به طرف بالای شعله مکش شده و باعث تغییر رنگ شعله می شوند (رنگ شعله به رنگ بنفش، سبز، قرمز، یاسی، زرد، نارنجی و … است). تغییر رنگ الکترولیت وارد شده به دستگاه را شناسایی می کند.

محدوده های اندازه گیری عناصر مختلف توسط دستگاه فلیم فتومتر

Ba: 8-2800 ppm

Na: 0.2-1200 ppm

K: 0.07-1200 ppm

Li: 0.07-1200 ppm

Ca: 2-1200 ppm

باید این نکته را در نظر داشت که اعداد در دستگاه های فیلم فوتومتر مختلف ممکن است تغییر کند.

دستورالعمل فنی دستگاه فلیم فتومتر

فلیم فتومتر، از انواع مختلف سوخت به ویژه هوا، اکسیژن یا اکسید نیتروژن به عنوان عامل اکسیداسیون استفاده می کند. دمای شعله به نسبت سوخت عامل اکسیداسیون بستگی دارد فرایندهای مختلف فلیم فتومتر در ادامه ارائه داده می شود:

حلال زدایی:

آب موجود در ذرات فلزی با حرارت شعله بخار می شود.

تبخیر:

آب موجود در ذرات فلزی تبخیر شده و این امر منجر به بخار شدن حلال نیز می شود.

اتمیزه کردن:

یون های فلزی موجود در حلال با قرار گرفتن در معرض حرارت شعله، کاهش پیدا می کند و به فلزات اتمی تبدیل می شوند.

برانگیختگی:

نیروی جاذب الکترواستاتیکی بین الکترون ها و هسته اتم منجر به جذب مقادیر خاصی از انرژی می شود. بنابراین، اتم ها به حالت برانگیخته جهش پیدا می کنند.

انتشار:

از آنجا که سطوح بالاتر انرژی، ناپایدارهستنند. اتم ها با از دست دادن انرژی به حالت پایدار بر می گردند. انرژی اتلاف شده در این انتقال، بصورت طول موج تابشی می باشد و توسط فتودیتکتور اندازه گیری می شو

شدت نور تابيده شده را مي‏ توان توسط معادله  Scheibe-Lomakin به دست آورد:

I=K*C^n

I= شدت نور تابیده شده

C= غلظت عنصر مورد آزمایش

K= ضریب تناسب

n≈1 (در قسمت خطی منحنی کالیبراسیون)

I=K*C

در این معادله، شدت نور تابیده شده با غلظت نمونه ی مورد بررسی ارتباط مستقیم دارد.

 

شرکت آرا راستین آزما ارائه دهنده خدمات فنی و آزمایشگاهی امیدوار است با این مطلب توانسته باشد اطلاعات مفیدی به شما عزیزان ارائه داده باشد. برای تعمیر سوکسله یا سرویس دوره ای دستگاه با ما تماس بگیرید:

مهندس آرا: 09127867976

کلید واژه: مهندس آرا – آرا راستین آزما – تعمیر دستگاه های آزمایشگاهی – ژنتیک – سلولی مولکولی – صنایع غذایی – mohandes Ara – Ara Rastin Azma

کلید واژه: مهندس آرا – تعمیر فلیم فوتومتر – فلیم فوتومتری – صنایع غذایی – آرا راستین آزما – خدمات تخصصی فنی

تعمیرات تجهیزات آزمایشگاهی، سرویس میکروسکوپ،تعمیر میکروسکوپ، سرویس و تعمیر، تعمیر اتوکاتو، دوربین میکروسکوپ،لنزمیکروسکوپ، تعمیر آون،تعمیر کوره،کوره،آون، اتوکلاو، ژلداک،ژل داک ،سانتریفیوژ، میکروفیوژ، سمپلر، تعمیر و سرویس سمپلر، سرویس سمپلر، کالیبراسیون سمپلر، کالیبراسیون، تجهیزات آزمایشگاهی ، آزمایشگاه عمومی،ژنتیک سلولی مولمولی، صنایع غذایی، هات پلیت، الکترومنتل،ریل تایم، کرایوسکوپ،روتاتور، شیکر،ترموسایکل ، پی سی ار،دستگاه پی سی آر، انکوباتور، پی اچ متر، یخچال دار، خدمات فنی آزمایشگاهی،