Transcript جذب اتمی

‫مقدمه‪:‬‬
‫‪‬‬
‫طیف بینی جذب اتمی شامل مطالعه جذب انرژی تابشی معموال در نواحی‬
‫ماوراء بنفش ومرئی به وسیله اتمهای خنثی درحالت گازی است‪.‬انرژی‬
‫نورانی جذب شده توسط اتمها عمومابه صورت خطوط جذب باریک با‬
‫طول موجهایی در ناحیه مرئی یا ماوراء بنفش طیف انرژی تابشی می‬
‫باشد‪.‬‬
‫اصول جذب اتمی وطیف های جذب اتمی‪:‬‬
‫‪‬‬
‫در یک تجزیه جذب اتمی ‪,‬عنصر مورد اندازه گیری باید به‬
‫حالت عنصری کاهش یابد‪,‬تبخیر شودوسرراه دسته شعاع تابش‬
‫منبع قرارگیرد‪.‬این فرایند اغلب با کشیدن محلولی از نمونه به‬
‫صورت مه رقیق به داخل یک شعله مناسب انجام می گیرد‪.‬طیف‬
‫جذبی یک عنصر در شکل گازی واتمی ان مرکب از یک سری‬
‫خطوط باریک کامال مشخص که از جهش های الکترونی بیرونی‬
‫ترین الکترونها به وجود می ایند‪.‬انرژیهای بسیاری از این جهشها‬
‫برای فلزات با طول موجهای در نواحی مرئی و ماوراء بنفش‬
‫مطابقت دارند‪.‬جذب یک فوتون به وسیله اتمهای پایداربرای‬
‫برانگیخته شدن اتم اساس روش جذب اتمی است‪.‬‬
‫‪‬‬
‫برای اوربیتال‪ 3S‬مقدار انرژی صفر در نظر گرفته شده است‪.‬‬
‫مقیاس تا ‪ CM41499‬ادامه دارد که انرژی الزم برای خارج‬
‫کردن الکترون منفرد ‪ 3S‬از تحت نفوذ هسته اتم است ولذا تولید‬
‫یک یون سدیم می کند‪.‬درد مای اتاق اصوال تمام اتمهای یک نمونه‬
‫از ماده‪,‬در حالت عادی قرار دارند‪.‬بنابراین تحت این شرایط‬
‫الکترون تک خارجی فلز سدیم اوربیتال ‪ 3S‬را اشغال می کند‪.‬‬
‫جذب اتمی در شعله ها‪:‬‬
‫‪‬‬
‫در دمای معمولی شعله ‪,‬اتمهای سدیم عمد تا در حالت عادی قرار‬
‫دارند‪.‬این وضعیت برای سایر فلزات نیز صادق است‪.‬اتمهای سدیم‬
‫در محیط یک شعله قادر به جذب تابش طول موجی هستند که‬
‫مشخصه یک انتقال الکترونی از حالت ‪ 3S‬به یکی از حالتهای‬
‫تحریک شد ه ی باالتر است‪.‬برای مثال پیکهای جذبی تیزی در‬
‫‪ 3303Å , 3302Å ,5895Å ,5890Å‬به طور تجربی‬
‫مشاهده شده است که هر زوج مجاور از این پیکها مربوط به‬
‫انتقاالت الکترونی از تراز ‪ 3S‬به تراز های ‪ 3P‬و‪ 4P‬است‪.‬اگر‬
‫یک اتم از حالت پایدار به حالت برانگیخته برود انرژی ان افزایش‬
‫می یابد‪.‬این انرژی ‪ E‬ناشی از جذب یک فوتون )انرژی‪( hv‬‬
‫میباشد که انرژی ان مساوی با انرژی الزم برای برانگیخته شدن‬
‫‪‬‬
‫اتم است‪.‬وقتی که الکترون ظرفیت سدیم در اوربیتال ‪ 3s‬قرار دارد‬
‫گفته می شود که اتم سدیم د ر حالت پایدار می باشد‪.‬یک اتم میتواند‬
‫با جذب انرژی با طول موج صحیح به هر اوربیتال دیگر با انرژی‬
‫باالتر برانگیخته شود‪ E=hv.‬که‪:‬‬
‫تفاوت انرژی میان حالت باانرژی کمتروحالت باانرژی بیشتر=‪E‬‬
‫‪‬‬
‫ثابت پالنک =‪h‬‬
‫فرکانس تابش=‪v‬‬
‫هنگامی که انرژی تابشی جذب می گردد اتم برانگیخته میشود‪.‬اگر‬
‫از یک تک فام کننده ی منشوربرای تجزیه تابشهایی که به ان‬
‫میرسد استفاده شود‪ ,‬طیف جذبی به صورتی که خط باریک برعکس‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫یک نوار بهن ظاهر می گرد د‪ .‬اگر انتقال میان حالت پایدارو‬
‫پایینترین حالت برانگیخته باشد ‪,‬گفته می شودکه جذب خط رزونانس‬
‫است‪.‬مهمترین نتیجه گیری ان است که در جذب اتمی تنها انتقاالتی‬
‫که میان حالت پایدار ویک حالت برانگیخته صورت می گیرد‬
‫میتواند استفاده شود‪.‬‬
‫‪‬‬
‫یک نوار پهن ظاهر می گرد د‪ .‬اگر انتقال میان حالت پایدارو‬
‫پایینترین حالت برانگیخته باشد ‪,‬گفته می شودکه جذب خط رزونانس‬
‫است‪.‬مهمترین نتیجه گیری ان است که در جذب اتمی تنها انتقاالتی‬
‫که میان حالت پایدار ویک حالت برانگیخته صورت می گیرد‬
‫میتواند استفاده شود‪.‬‬
‫رابطه ی بین طیف بینی جذب اتمی و نشر شعله ای‪:‬‬
‫‪‬‬
‫ظاهرا دو روش از این نظر با یکدیگر شباهت دارندکه هردو مبتنی‬
‫بر رویداد هایی هستند که هنگام افشاندن یک نمونه به داخل شعله‬
‫اتفاق می افتند‪.‬اما در نشرشعله ای این تابش نشر شده به وسیله ی‬
‫اتمهای تحریک شده است که متناسب باغلظت می باشد‪.‬در حالی که‬
‫در جذب اتمی تابش توسط اتمهای برانگیخته نشده موجود در حالت‬
‫پایه انجام می شود‪.‬هم جذب اتمی وهم نشر شعله ای هر دو برای‬
‫عناصر فلزی جدول تناوبی محدود می شود‪.‬‬
‫وسایل الزم برای دستگاه طیف نور سنج جذب اتمی‪:‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫این وسایل شامل اجزاء زیراست‪:‬‬
‫یک منبع اولیه ی تابش‪ -‬یک وسیله برای افشاندن محلول به درون‬
‫شعله و تولید بخار اتمی – یک طول موج گزین برای تولید تابش‬
‫تکفام – یک اشکار ساز – وسیله برای قرائت‬
‫منبع تابش‪:‬المپهای کاتدی توخالی‬
‫‪‬‬
‫یک المپ کاتدی توخالی شامل یک کاتد استوانه ای توخالی است که‬
‫از ماده ای شامل ماده ی مورد اندازه گیری ساخته شده است‪.‬این‬
‫کاتد استوانه ای همراه یک سیم تنگستنی به عنوان اند در یک شیشه‬
‫شامل یک گاز نادر در فشار کم قرار داده شده است‪.‬الکترودها‬
‫بوسیله ی پتانسیلی در حدود ‪ 200‬تا ‪ 400‬ولت انرژی داده میشوند‬
‫ودر جریانهایی تا حدود ‪ 100 mA‬عمل می کنند‪.‬گاز نادرکه اساسا‬
‫شامل نئون یا ارگون است به یونهای مثبتی یونید ه شده ویونها پس‬
‫از شتاب گرفتن به دیواره ی داخلی المپ کاتدی تو خالی برخورد‬
‫می کنند‪.‬در این برخورد اتمهای عنصر تشکیل دهند ه ی کاتد ازاد‬
‫می شوند و تشکیل یک ابر اتمی را می دهند و سپس اتمهای این ابر‬
‫‪‬‬
‫بوسیله ی یونهای نئون ویاارگون‬
‫برانگیخته می شوند‪.‬عموما کاتد‬
‫بیشتر المپها فقط شا مل یک‬
‫عنصراست‪.‬اما گاهی ازعناصری‬
‫مناسب برای ساخت یک‬
‫الیاژکاتدی استفاده می‬
‫شود‪.‬بنابراین اغلب یک المپ‬
‫برای اندازه گیری دویا چند‬
‫عنصر به کار برده می شود‪.‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫در یک جذب اتمی ‪,‬عناصرموجود د رنمونه باید به صورت ذرات‬
‫اتمی خنثی کاهیده شوند‪,‬تبخیر گردند وبه طریقی د رمسیر پرتوتابش‬
‫پاشید ه شوند که تداد انها به نحو تکرار پذ یری متناسب با غلظت‬
‫انها در نمونه باشد‪.‬تعدادی وسایل برای تشکیل بخارات اتمی مورد‬
‫استفاده قرار گرفته اند‪,‬این وسایل عبارتند از‪:‬‬
‫‪ – 1‬کوره ها‬
‫‪ – 2‬کمانها وجرقه های الکتریکی‬
‫‪ – 3‬وسایل بران‬
‫‪ – 4‬افشاندن شعله ای )افشانه ها(‬
‫اتم سازی‪:‬‬
‫‪‬‬
‫هدف ازاتم سازی نمونه تولید اتم های ازاد است‪.‬اتمهای ازاداتمهایی‬
‫است که با اتمهای دیگر ترکیب نمی شوند‪.‬هیچ اتمی به حالت ازاد‬
‫وجود ندارد )بجز اتمهای گاز های ناد ر( وانها با هم به صورت‬
‫مولکولی در می ایند‪.‬بنابراین برای اینکه اتمهای ازاد را ایجاد کرد‬
‫ضروری است که مولکولها شکسته شوند ‪ ,‬این فرایند را اتم سازی‬
‫گویند‪.‬برای اتمی کردن مولکولها بهترین روش تفکیک انها به وسیله‬
‫گرماست‪.‬نمونه برای تبدیل به اتمهای ازاد در دمای زیاد گرم شده‬
‫که این روش را روش شعله ای گویند و از شعله به عنوان منبع‬
‫گرما استفاده می شود‪.‬در روش غیر شعله ای از کوره ی الکتریکی‬
‫استفاده می شود‪.‬‬
‫وضعیت شعله در دستگاه جذب اتمی ‪:‬‬
‫‪‬‬
‫در یک شعله استاندارد تمام یا جزئی از محلول نمونه توسط یک‬
‫افشانه به صورت ریز افشاند ه می شود و تابش حاصل از یک منبع‬
‫تابشی در حال عبورازشعله توسط ذرات اتمی نمونه مورد جذب‬
‫میشود‪.‬شعله ازچند قسمت تشکیل شده است که ازپایین به باالعبارتند‬
‫از قسمت پایه‪ ,‬مخروط میانی‪ ,‬منطقه واکنش وپوشش خارجی‪.‬نمونه‬
‫به صورت ذرات جامد وارد مخروط میانی می شود‪.‬در این منطقه‬
‫نمونه ی جامد به صورت بخار درامده وبه ذرات تبدیل میشود‪.‬د ر‬
‫این منطقه نیز بر انگیخته شد ن ذرات اتمی و جذب تابش المپ‬
‫مخصوص ان عنصر شروع می شود‪.‬در منطقه واکنش اتمها به‬
‫اکسید تبدیل واز پوشش خارجی شعله خارج میشوند‪.‬نیمرخ شعله‬
‫‪‬‬
‫شدت عالمت جذب یا نشر را به ارتفاع باالی نوک شعله مرتبط‬
‫میسازد‪.‬‬
‫‪‬‬
‫سیستم های نوری به چند دسته تقسیم می شود‪:‬سیستم های نوری‬
‫تک جزئی –سیستم های نوری دو پرتوئی‪ -‬سیستم های نوری‬
‫مختلط تک پرتوئی و دو پرتوئی‬
‫طول موج گزینها وصافیها ‪:‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫طول موج گزینها‪:‬کنترل کننده های طول موج ‪ ,‬ناحیه ی محدودی‬
‫از طول موج را در اختیار می گذارند‪.‬‬
‫صافیها‪:‬یک دستگاه برای تجزیه ی جذب اتمی باید قادربه تامین یک‬
‫پهنای نواربه ان اندازه باریک باشد تاخط انتخاب شد ه برای اندازه‬
‫گیری را از خطوط دیگری که ممکن است مزاحمت ایجاد کنند یا‬
‫حساسیت تجزیه را کاهش دهند‪ ,‬جدا سازند‪.‬در بسیاری از موارد‬
‫برای کنترل کردن طول موج ها از صافی ها استفاده می کنند که‬
‫عبارتند از‪:‬‬
‫‪– 1‬صافی جذبی‬
‫‪ – 2‬صافی تداخلی‬
‫‪‬‬
‫صافی های جذبی با جذب قسمتی از‬
‫تابش ‪,‬ناحیه محدود ی از طول موج‬
‫را از خود عبور می دهند‪ .‬عرض‬
‫موثر نوار در مورد این صافیها بین‬
‫‪ 30‬تا ‪ 300‬نانو متر است‪.‬در‬
‫صافیهای تداخلی باریکه موازی با‬
‫زاویه ی غیر قائم رسم کرد ه‬
‫ایم‪.‬مقداری ازان درون الیه اولیه‬
‫عبور می کند و باقی مانده باز تابیده‬
‫می شود‪.‬‬
‫تکفا مسازها‪:‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫وسایلی هستند که ناحیه ی محدودی از موج را دراختیار میگذارند‪.‬‬
‫تابش به طول موجهای تشکیل دهنده ی خود تفکیک و قسمتی از این‬
‫طول موجها انتخاب و از بقیه جدا می شوند‪.‬ساختمان یک تکفامساز‬
‫عبارت است از‪:‬‬
‫‪ – 1‬شکاف های ورودی و خروجی‬
‫‪ -2‬عدسی های موازی سازوکانونی ساز‬
‫‪ – 3‬عنصر پاشند ه شامل الف(منشور ب(توری پراش‬
‫انواع اشکار سازها‪:‬‬
‫‪‬‬
‫‪ – 1‬سلول فوتو ولتایی یا سلول الیه سومی ‪ :‬در ان انرژی تابشی‬
‫یک جریان در سطح مشترک بین یک نیم هادی و یک فلز ایجاد‬
‫میکند‪.‬‬
‫‪ –2‬سلول فتو رسانا‪:‬در ان جذب انرژی تابشی در سطح یک نیم هادی‬
‫باعث تغییری در مقاومت ان می شود‪.‬‬
‫طيف بيني نشري‬
‫وقتي یونها یا مولكولهاي گازي در اثر گرما یا الكتریسته تحریك‬
‫مي شوند تا بشهاي مشخصه اي درنواحي مرئي وماورائ بنفش‬
‫نشر مي كنند ‪ .‬طیف بیني نشري مربوط به مشخص كردن طول‬
‫موجها وشدتهاي تابش تولید شده به این روش است‪.‬‬
‫در تجزیه هاي كیفي طیف بیني نشري محا سني راعرضه مي‬
‫كند كه واقعا بدون رقیب هستند‪ .‬نمونه معموال احتیاج به هیچ‬
‫گونه عمل اماده سازي قبلي ندارد‪ .‬این روش این امتیاز را‬
‫داردكه اطالعات راسریعا در اختیار مي گذارد‪ .‬غالبا به‬
‫طریقه ي طیف بیني در عرض چند دقیقه پس از دریافت‬
‫نمونه اندازه گیري ‪،‬صورت مي گیرد ‪.‬‬
‫طيف بيني نشري شعله اي‬
‫طیف بیني نشري شعله اي( نور سنجي شعله اي (یك روش طیفي‬
‫است كه در آن تحریك با افشا ندن محلول از نمونه به داخل یك‬
‫شعله ي داغ انجا م مي شود‪.‬‬
‫مهمترین موارد كاربرد نورسنجي شعله اي درتجزیه سدیم وپتاسیم‬
‫مي باشد ‪ .‬به دلیل سادگي سرعت وآزادي نسبي ازمزاحمت طیف بیني‬
‫نشري شعله اي روش منتخب براي تجزیه عنا صري شده است كه تجزیه آنها‬
‫از راه دیگرمشكل است ‪.‬‬
‫شعله هاوطيف هاي شعله اي‬
‫خواص شعله ها ‪،‬مشعل ها وسرنوشت نمونه درشعله ‪،‬همان قدر‬
‫به طیف بیني نشري شعله اي مربوط مي باشد كه به طیف بیني جذبي اتمي‬
‫مربوط است‪.‬‬
‫جذب اتمي بررفتارذراتي كه در شعله در حالت عادي وجوددارند پایه‬
‫گذاري شده است ازطرف دیگرطیف بیني نشري شعله اي به آن ذراتي بستگي‬
‫دارد كه در محیط درحال تحریك ا لكتروني هستند‪.‬‬
‫شعله‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫درطیف بیني نشري شعله اي‬
‫شعله براي‪:‬‬
‫تبدیل اجزاي تشكیل دهنده ي‬
‫نمونه ي مایع به حا لت بخار‬
‫براي تجزیه این اجزاي تشكیل‬
‫دهنده به اتم هاي یا مولكولهاي‬
‫ساده‬
‫براي تحریك الكتروني كسري از‬
‫گونه هاي اتمي یا مولكولي به‬
‫كار میرود‪.‬‬
‫دماي شعله‬
‫‪0C‬‬
‫‪2700‬‬
‫‪2800‬‬
‫‪2900‬‬
‫‪2780‬‬
‫‪3050‬‬
‫‪4550‬‬
‫(‪)1‬‬
‫‪1700‬‬
‫‪1925‬‬
‫‪1900‬‬
‫‪2100‬‬
‫‪2200‬‬
‫‪-‬‬
‫دماهاي تولید شده توسط سوختن گاز طبیعي یا مصنوعي در هوا آن قدر‬
‫پایین است كه تنها فلزات قلیایي و قلیایي خاكي با انرژي هاي تحریك خیلي‬
‫پایین‪ ،‬طیف هاي مفیدي تولید مي كنند ‪.‬‬
‫داغترین شعله اي كه عمال" به دست مي آید از سوختن سیانوژ ن در‬
‫اكسیژ ن حاصل مي شود ‪.‬‬
‫‪C 2 N 2  O 2  2 CO  N 2‬‬
‫مقاطع دما و تحريك در شعله ها‬
‫منابع شعله‬
‫دستگاه منبع در نور سنجي شعله اي مركب است از تنظیم كننده‬
‫هاي جریان گاز ها ‪،‬یك افشانه ویك مشعل‪.‬‬
‫تنظيم سرعت جريان گاز ها‬
‫براي دستیابي به یك شعله ي پایداروتكرار پذیر‪،‬سرعت جریان‬
‫سوخت واكسنده هردو باید ثابت وتكرار پذیر باشد‪ .‬اكثر دستگاه‬
‫ها مجهز به شیر هاي فشار شكن براي كنترل سرعت جریان گاز‬
‫ها مي باشند‪.‬‬
‫‪21‬‬
‫مناسبترين دماي شعله‬
‫بهترین دماي شعله براي یك تجزیه كه به انرژي تحریك‬
‫عنصر‪ ،‬چگونگي تركیب شدن عنصردرنمونه‪ ،‬حساسیت مورد نیاز ‪ ،‬و‬
‫نوع سایر عناصر موجود بستگي دارد ‪ ،‬باید به طور تجربي تعیین شود‪.‬‬
‫واكنش هاي شيميايي در شعله ها‬
‫مشاهدات تجربي و نظري هردو داللت بر این دارند كه تعداد زیادي از‬
‫فرایند هاي انجام شده در پوشش بیروني یك شعله در یك تعادل تقریبي‬
‫ترمو دینامیكي هستند ‪.‬درنتیجه این امكان فراهم مي شود تا گاز هاي‬
‫سوخته شده شعله را به عنوان محیط حاللي در نظر گرفت كه در آن‬
‫محاسبات ترمو دینامیكي را بتوان به كار برد ‪.‬فرایندهاي مورد نظرعبارتند‬
‫از‪:‬حركتهاي انتقالي‪،‬ارتعاشي چرخشي وهمچنین تحریك یونش و تفكیك‪.‬كه دو‬
‫نوع آخري اهمیت اصلي را در این قسمت دارند‪.‬‬
‫يونش در شعله ها‬
‫یونش اتمها ومولكولها در مخلوط هاي احتراقي شامل هوا به‬
‫عنوان اكسنده ‪،‬كم است ومعموالمي تواند نادیده گرفته شود ‪ .‬در نتیجه‬
‫‪ ،‬در دماهاي باالتر شعله هاي اكسیژن یا نيترواكسيد يونش اهميت‬
‫پیدا مي كند وغلظت قابل توجهي از الكترون هاي آزاد در نتیجه تعادل‬
‫زیر به وجود مي آید‪:‬‬
‫‪‬‬
‫‪e‬‬
‫‪‬‬
‫‪M  M‬‬
‫ثابت تعادل براي این واكنش مي تواند شكل زیر‬
‫‪[M‬‬
‫] ‪][ e‬‬
‫را به خود بگیرد‬
‫‪K ‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫] ‪[M‬‬
‫اثر دما روي ثابت تعادل با معادله ساها داده شده است; یعني‬
‫‪g M   g e‬‬
‫‪gM‬‬
‫‪ 2 . 5 Log 6 . 5T  Log‬‬
‫‪ 5040 E i‬‬
‫‪T‬‬
‫‪LogK ‬‬
‫ي‬
‫ در ي ش ف زات در د‬- 2 ‫ول‬
‫ در‬Kº
P=
P= 10 atm
4
10
6
‫ش‬
atm
5000
>0.99
>0.99
>0.99
>0.99
3500
>0.99
>0.99
0.99
0.90
2000
0.11
0.04
0.03
0.003
5000
>0.99
>0.99
0.99
0.98
3500
0.86
0.74
0.66
0.26
2000
0.01
0.004
0.003
0.0003
3.893
4.176
4.339
5.138
CS
Rb
K
Na
>0.99
>0.99
>0.99
0.99
0.75
0.82
0.95
0.87
0.67
0.09
0.001
6*10-3
1*10-3
3*10-4
4*10-6
0.95
0.99
0.97
0.94
0.83
0.18
0.41
0.21
0.11
0.01
0.0001
6*10-4
1*10-4
3*10-5
4*10-7
5.390
5.210
5.692
6.111
7.644
Li
Ba
Sr
Ca
Mg
‫نتيجه ي عملي يونش‬
‫حضور تعادالت یون ‪ -‬اتم در شعله داراي تعدادي نتایج مهم در‬
‫طیف بیني نشري شعله اي است‪.‬‬
‫به عنوان مثال‪،‬شدت خطوط نشري اتمي فلزات قلیایي‪،‬به ویژه‬
‫پتاسیم ‪ ،‬روبیدیم و سزیم به طریقي پیچیده تحت تأ ثير دما قرار مي‬
‫گیرند‪ .‬ازدیاد دما سبب افزایش در تجمع اتمها تحریك شده بر طبق‬
‫رابطه بولتزمن مي شود‪.‬‬
‫‪ Ei‬‬
‫‪KT‬‬
‫‪exp‬‬
‫‪Pi‬‬
‫‪PO‬‬
‫‪‬‬
‫‪Ni‬‬
‫‪NO‬‬
‫در نتیجه كاهش در غلظت اتمها در نتیجه ي یونش ‪،‬با این‬
‫اثر مقابله مي كند ‪.‬بنابراین تحت بعضي شرایط ممكن است‬
‫كاهشي در شدت نشر در شعله هاي داغ تر مشاهده شود ‪ .‬به این‬
‫دلیل معموال دماهاي تحریك پایین تر براي تجزیه ي فلزات قلیایي‬
‫ذكر شده اند‪.‬‬
‫تعادالت تفكيك‬
‫در محیط هاي داغ یك شعله ‪ ،‬واكنش هاي تفكیك وتجمع‬
‫گوناگوني منجر به تبدیل مواد متشكله فلزي به شكل عنصري مي‬
‫شوند ‪ .‬احتمال دارد بعضي از این واكنش ها برگشت پذیر باشند‬
‫وبتوان با آنها طبق قوانین ترمودینامیكي برخورد كرد ‪.‬بنابراین از‬
‫لحاظ نظري ممكن است واكنش ها را به صورت‬
‫‪MO  M  O‬‬
‫یا كلي تر‪:‬‬
‫فرمول بندي كرد‪.‬‬
‫‪MA  M  A‬‬
‫به نظر مي رسد كه تعادالت تفكیك شامل آنیونهایي غیر‬
‫از اكسیژن نیز ممكن است در نشر شعله اي مهم باشد‪ .‬مثال"‬
‫به شعله ‪ ،‬به مقدار قابل توجهي‬
‫شدت خط سدیم با افزایش‬
‫كاهش مي یابد ‪.‬علت این پدیده تأثیراثر جرم روي این تعادل‬
‫‪HCL‬‬
‫است‪.‬‬
‫طيف هاي فلزي در شعله‬
‫طيف هاي خطي‬
‫تحریك شعله اي بسیاري از عناصر طیف هاي خطي تولید مي كند‬
‫طیف هاي شعله اي مستقیما"از انرژي هاي تحریك نسبتا "پایین ناشي مي‬
‫شوند‪.‬‬
‫طيف هاي نواري‬
‫طیف هاي شعله اي اغلب اوقات با ظهور نوارهایي مشخص مي شوند كه‬
‫از تحریك اكسیدها وهیدرواكسیدهاي فلزي ناشي مي شوند‪.‬‬
‫در این گروه فلزات قلیایي خاكي و خاك هاي كمیاب غلبه دارند‪.‬‬
‫اي‬
‫شعله‬
‫هاي‬
‫طيف‬
‫روي‬
‫آلي‬
‫هاي‬
‫حالل‬
‫اثر‬
‫براي رساندن نمونه به داخل شعله از الكلها‪ ،‬كتونها واسترهاي با وز ن‬
‫مولكولي كم‪،‬به طور جداگانه یا با آب استفاده مي شود به كار گیري این‬
‫حاللها سبب مي شود كه شدت خطوط با ضریبي از ده یا بیشتر زیاد شود‪.‬‬
‫ا فزایش شدت خطوط در اثرحاللهاي آلي نتیجه ي چندین اثر است ‪.‬‬
‫ویسكوزیته وكشش سطحي كم این حاللها ‪ ،‬سرعت جریان زیادتر نمونه در‬
‫داخل شعله مي شوند ‪.‬همچنین ‪،‬سرد شدن شعله به وسیله ي حالل كاهش‬
‫مي یابد‪ .‬بنابراین اثر نهایي آن است كه تعداد ذرات آماده تحریك در داخل‬
‫شعله افزایش مي یابد‪.‬‬
‫طيف نور سنج شعله اي‬
Sher wood model 420
Sher wood model 410
‫نور سنج ها‬
‫وقتي كه یك شعله با دماي پایین به عنوان منبع تحریك به كار گرفته‬
‫مي شود ‪.‬تنها بر جسته ترین خطوط عناصر قلیایي و قلیایي خاكي ظاهر‬
‫مي شوند ‪ .‬در نتیجه ‪ ،‬یك نور سنج صافي دار اغلب اوقات جهت جدا كردن‬
‫یك خط با انرژي پایین براي هر كدام از این عناصر كافي خواهد بود‪.‬‬
‫فوتولوله هاي خال معموال به عنوان آشكار ساز براي انرژي‬
‫تابشي خارج شده از صا في به كار مي روند‪.‬‬
‫اندازه گیري عناصر قلیایي وقلیایي خاكي به طوري كه یون هاي این‬
‫عناصر اجزاي سازنده ي اصلي نمونه را تشكیل دهند ‪ ،‬معموال توسط نور‬
‫سنج ها رضایت بخش است‪.‬‬
‫خطاهاي موجود در نور سنجي شعله اي‬
‫خطاهاي موجود در نور سنجي شعله اي از دو منبع سر چشمه‬
‫مي گیرند‪ .‬خطاهاي دستگاهي كه مربوط به نوسانات در رفتار منبع یا‬
‫آشكار ساز مي باشند ‪.‬خطاهایي نیزاز تفاوت هاي در تركیب بین نمونه‬
‫واستانداردهایي كه نمونه در برابر آنها مقایسه مي شود ‪،‬ناشي مي‬
‫گردند‪.‬‬
‫‪23‬‬
‫خطاهاي دستگاهي‬
‫براي كسب نتایج تكرارپذیر ‪،‬به یك شعله ي پایدار نیاز داریم ‪.‬‬
‫افشانه هم باید رفتار كامال"تكرار پذیري داشته باشد‪،‬به طوري كه نمونه‬
‫با سرعت ثابتي‪،‬در قطراتي كوچك و با اندازهاي ثابت‪،‬وارد شعله شود‪.‬‬
‫خطاهاي ناشي از تابش عناصر خارجي‬
‫هنگامي كه سایر اجزاي سازنده ي نمونه ‪ ،‬تابشي با طول‬
‫موجي نشر كنند كه به طور كامل به وسیله ي دستگاه تك فامساز‬
‫حذف نشود‪ ،‬خطاهاي تجزیه اي بروز مي كنند ‪.‬‬
‫همچنان كه دماي منبع افزایش مي یابد‪،‬نیاز به یك تكفامساز با‬
‫كیفیت باال ترشدیدتر مي شود‪.‬این نیاز نه تنها به علت آن است كه‬
‫خطوط اضافي براي عناصر قلیایي و قلیایي خاكي ظاهر مي‬
‫شوند‪،‬بلكه تحریك عناصردیگر در نمونه خطوط بیشتري مي دهد‬
‫‪.‬‬
‫افزايش كاتيوني‬
‫درشعله هاي بادماي باالتر‪،‬افزایش درشدت خط یك كاتیون به علت‬
‫حضوركاتیون دوم‪ ،‬غیرعادي نیست‪ .‬افزایش كاتیوني به این علت به‬
‫وجودمیآیدكه حضوركاتیون دوم باعث كاهشي در یونش كاتیون مورد‬
‫نظر مي شود‪.‬‬
‫خطاهاي ناشي از افزایش كاتیون با اضافه كردن بافر تابشي به نمونه‬
‫ها واستانداردها به حد اقل رسانده مي شود‪.‬‬
‫مزاحمت آنيوني‬
‫برخي از آنیونها اثر كاهش دهنده گي شدیدي روي شدت بسیاري از‬
‫خطوط كاتیوني دارند‪.‬‬
‫این آنیون ها به این علت از نشر جلوگیري مي كنند كه با كاتیون‬
‫تشكیل تركیباتي را مي دهند كه تنها به كندي در دماي شعله تبخیر مي‬
‫شوند‪.‬بنا براین ‪،‬غلظت كمتري از كاتیون براي تحریك در شعله موجوداست ‪،‬‬
‫سرعت كند تفكیك شدن تركیب به حالت عنصري نیز مي تواند دخالت‬
‫داشته باشد‪.‬‬
‫روشهاي تجزيه ي كمي‬
‫‪  1‬تجزیه هاي مبتني بر منحني هاي در جه بندي‬
‫‪2‬‬
‫روش افزايش ا ت ندارد‬
‫یك سري محلول هاي استاندارد شامل چندین غلظت معین از‬
‫عنصر مورد نظر تهیه مي شود‪ .‬تركیب كلي این محلولها باید نزدیك به‬
‫تركیب محلول مجهول باشد‪.‬‬
‫ابتدا دستگاه طوري تنظیم مي شود كه هنگام افشاندن آب‬
‫خالص به داخل شعله ‪ ،‬عدد صفررا نشان دهد ‪.‬سپس دستگاه نوري یا‬
‫الكتریكي طوري تنظیم مي شود كه ماكسیمم جواب را براي غلیظ ترین‬
‫محلول استاندارد نشان دهد بدون تغییري در این تنظیم شدت هاي نشري‬
‫مربوط به محلولهاي استاندارد باقیمانده و محلول مجهول اندازه گیزي‬
‫مي شوند‪.‬‬
‫در تكنیك افزایش استاندارد ‪،‬یك منحني درجه بندي به طریق‬
‫قبلي تهیه مي شود ‪.‬سپس اعداد نشري براي حجم معیني از‬
‫محلول مجهول و براي حجم مساوي دیگري كه به آن مقدار‬
‫معیني از عنصر مورد نظر اضافه شده است‬
‫به دست مي آید ‪ .‬آن گاه غلظت عنصر در هر یك از دو محلول‬
‫با استفاده از منحني درجه بندي‪،‬محاسبه مي شود‪ .‬تفاوت در‬
‫غلظت بین دو حجم معین باید برابربا مقدار معلوم اضافه شده‬
‫باشد ‪،‬مگر اینكه كا هشي یا افزایشي در شدت خط به وجود آمده‬
‫باشد‪.‬‬
‫براي نوع دیگري از این روش كه قدري پیچیده تر است‬
‫نتایج بهتري گزارش شده است‪.‬حجم هاي مساوي از محلول‬
‫مجهول به یك سري ازمحلولهاي شامل مقادیرمعین ومتفاوتي از‬
‫عنصر مورد نظر اضافه مي شوند ‪ .‬سپس اعدادنشري براي‬
‫این محلولها پس از تصحیح براي تابش زمینه اي برحسب‬
‫غلظت استانداردحاضردرمحلول ترسیم مي شوند ‪ .‬خط به دست‬
‫آمده تا غلظت صفر برون یابي مي شود‪.‬سپس غلظت مجهول‬
‫مي تواند با تقسیم عدد برون یابي شده به شیب منحني به دست‬
‫آید‪.‬‬
‫كاربرد ها‬
‫روش هاي نور سنجي شعله اي در تجزیه ي تعداد زیادي‬
‫از مواد مختلف ازقبیل سیاالت زیستي‪،‬خاكها مواد‬
‫گیاهي‪،‬سیمانهاوشیشه هاوآبهاي معدني به كاررفته اند ‪.‬مهمترین‬
‫موارد این روش ها اندازه گیري فلزات قلیایي است‪.‬‬
‫شناسائي عناصر)تست شعله(‬
‫مقدار كمي از نمونه وارد شعله مي شود و بخشي از‬
‫الكترون ها نسبت به حالت پایه خود برانگیخته مي شوند‪ .‬نشر در‬
‫ناحیه طول موج هاي مرئي شعله را به صورت رنگي در مي‬
‫آورد‪.‬‬
‫كسر اتمهاي برنگیخته در شعله ثابت است و بستگي به دماي‬
‫شعله دارد‪ .‬و بنابراین شدت نشر مستقیما ً متناسب با تعداد اتم ها‬
‫در شعله بوده و مي تواند براي اندازه گیري غلظت نمونه‬
‫آسپیره شده بكار رود‪.‬‬
‫هدف‬
‫وقتي كه محلول نمك یك فلز سوزانده مي شود ‪ ،‬شعله رنگي شده و‬
‫هر یون فلزي رنگ متفاوتي به شعله مي دهد ‪ .‬بنابراین از تست‬
‫شعله مي توان براي بررسي حضور یا عدم حضور یون هاي فلزي‬
‫در محلول استفاده كرد‪.‬‬
‫دستورالعمل و مثالها‬
‫محلول نمكهاي فلزي در حالل متانول به صورت آمپولهاي كوچك‬
‫‪ 5‬میلي لیتري سوزانده مي شوند‪ .‬و مجهولها تست مي شوند‪ .‬هر‬
‫محلول رنگ شعله متفاوتي دارد‪.‬‬
‫عنصر‬
‫رنگ شعله‬
‫· در‬
‫‪Li‬‬
‫قرمز‬
‫‪K‬‬
‫بنفش‬
‫اسپكتروسكوپي نشر اتمي‬
‫را نشر مي كنند‪.‬‬
‫‪Ca‬‬
‫نارنجي‬
‫‪Na‬‬
‫‪Ba‬‬
‫مجهول ‪A‬‬
‫مجهول ‪B‬‬
‫زرد‬
‫زرد ‪ -‬سبز‬
‫قرمز‬
‫زرد‬
‫ترارح ‪ ،‬براي تحريك اتمها بكار مي رود ك ‪ ،‬ه بعداً اين اتمهاي برانگيخته‬
‫شبات ‪،‬‬
: ‫منابع‬
‫اصول تجزیه دستگاهی‬
‫اسپکتروسکپی جذب اتمی‬
‫اندازه گیری کمی عناصر به روش جذب اتمی‬
Flame photometry
www.asiaandro.com
www.learning.org
www.iupac.org
www.reallabware.com
www.maden.hacettepe.edu








