كل شيء عن التحليل الطيفي للانبعاث الذري للبلازما المقترنة حثيًا

كل شيء عن التحليل الطيفي للانبعاث الذري للبلازما المقترنة حثيًا

يعد التحليل الطيفي للانبعاث الذري (Atomic Emission Spectroscopy; AES) إحدى طرق التحليل الكيميائي التي يتم فيها استخدام شدة ضوء اللهب،  البلازما، القوس الكهربائي أو الشرارة بطول موجي محدد لتحديد كمية العنصر في العينة.

يُطلق على طريقة ICP-AES أحيانًا اسم ICP-OES؛ وفي هذا الاختصار حرف “O” هو اختصار لكلمة “Optical”. بشكل عام، تستخدم هذه الطريقة للكشف عن العناصر المعدنية. طريقة ICP-AES هي نوع من التحليل الطيفي للانبعاث الذي يستخدم البلازما المقترنة حثيًا لتوليد ذرات وأيونات مثارة بحيث تنبعث منها إشعاعات كهرومغناطيسية بطول موجي محدد. وتتناسب شدة هذا الإشعاع مع نسبة وتركيز ذلك العنصر في تلك العينة.

aa
كل شيء عن التحليل الطيفي للانبعاث الذري للبلازما المقترنة حثيًا 3

الشكل 1: التحليل الطيفي للانبعاث الذري للبلازما المقترنة حثيًا (ICP-AES)

أساس التحليل الطيفي للانبعاث الذري للبلازما المقترنة حثيًا (ICP-AES)

تعتبر البلازما أحد المصادر ذات الطاقة العالية، وتركيبها عبارة عن خليط غاز موصل متعادل ولها شحنة متعادلة كهربائياً. تحتوي البلازما على تركيز كبير من الكاتيونات والإلكترونات بكميات متساوية. وباعتباره موصلًا للكهرباء، يمكن تسخينه حثيًا عن طريق اقترانه بمجال مغناطيسي متذبذب. قد تتراوح درجة حرارة البلازما من 5000 إلى 8000 كلفن. يشبه AES المعتمد على البلازما من حيث المبدأ قياس ضوء اللهب. والفرق الوحيد هو أن اللهب يتم استبداله بعمليات ذرية أكثر نشاطًا ناجمة عن البلازما. في أعمال التحليل الطيفي للانبعاث، غالبًا ما يتم استخدام بلازما الأرجون.

يتم إدخال عينة الحليلة إلى مركز البلازما على شكل الهباء الجوي (Aerosol) بمساعدة جهاز الرذاذ (nebulizer) باستخدام تيار الأرجون. كما هو الحال في اللهب، تخضع العينة في البلازما لتحولات مختلفة مثل الذوبان والتبخر والانحلال والتأين والإثارة. يحدث الإثارة والتأين بسبب اصطدام ذرات الحليلة بالإلكترونات عالية الطاقة. تضمن درجة الحرارة المرتفعة أن تكون معظم العينات متناثرة تمامًا، ومع ذلك، فإن بعض الأنواع الجزيئية مثل N2 و N2+وOH وC2 وما إلى ذلك موجودة أيضًا في البلازما ويمكن قياسها. وبما أن طاقة مصدر البلازما عالية جداً، فإنها تضمن إثارة ذرات جميع العناصر الموجودة في العينة، والتي تعود بعد ذلك إلى الحالة الأرضية عن طريق انبعاث الإشعاع الكهرومغناطيسي للأطوال الموجية المميزة للعناصر المختلفة. ولذلك، فهي تقنية متعددة العناصر.

مكونات نظام ICP-AES

ac
كل شيء عن التحليل الطيفي للانبعاث الذري للبلازما المقترنة حثيًا 4

الشكل 2: مكونات نظام ICP-AES

اعتمادا على تكوين الحليلة، تتكون الأنواع المثارة من ذرات، وأيونات مشحونة منفردة، وأحيانا أيونات مشحونة مضاعفة. خطوط الانبعاث المرصودة هي بشكل رئيسي من ذرات مثارة وأيونات مشحونة منفردة. ومع ذلك، فإن الانبعاث من الأيونات المشحونة بشكل مضاعف نادر نسبيًا. وتكون طاقات النقل بحيث يحدث الإشعاع المنبعث في المنطقة فوق البنفسجية والمرئية من الطيف، أي بين 160-900 نانومتر. خطوط الانبعاث من الأنواع الذرية والأيونية ضيقة جدًا، وعادةً ما يكون عرض القمة أقل من 5 بيكومترات.

آلية التحليل الطيفي للانبعاث الذري للبلازما المقترنة حثيًا (ICP-AES)

تتكون عملية ICP-AES من جزأين: ICP والتحليل الطيفي البصري. يتكون  ICP نفسه من 3 أنابيب كوارتز متحدة المركز. يحيط ملف الإخراج لمولد (RF) بجزء من موقد الكوارتز هذا. يستخدم غاز الأرجون عادة لإنتاج البلازما.

عندما يتم تشغيل الموقد، يتم إنشاء مجال كهرومغناطيسي قوي داخل الملف (Coil)  بواسطة إشارة تردد الرادیو عالية الطاقة التي تتدفق عبر الملف. يتم إنشاء إشارة RF هذه بواسطة مولد RF ، وهو في الواقع جهاز إرسال راديوي عالي الطاقة يقوم بتشغيل ” Load coil” بنفس الطريقة التي يقوم بها جهاز إرسال الراديو التقليدي بتشغيل هوائي الإرسال. يتم إشعال غاز الأرجون المتدفق عبر الموقد بواسطة وحدة تسلا التي تخلق قوس تفريغ قصير عبر تيار الأرجون لبدء عملية التأين. وبمجرد اشتعال البلازما، تتوقف وحدة تسلا عن العمل.

يتأين غاز الأرجون في المجال الكهرومغناطيسي القوي ويتدفق بنمط متماثل دوراني محدد نحو المجال المغناطيسي لملف  RF. ثم، نتيجة للتصادمات غير المرنة التي تنشأ بين ذرات الأرجون المحايدة والجزيئات المشحونة، يتم إنشاء بلازما مستقرة ذات درجة حرارة عالية تبلغ حوالي 7000 كلفن.

تقوم مضخة Peristaltic بتوصيل عينة مائية أو عضوية إلى جهاز الرذاذ التحليلي (Analytical nebulizer)، حيث تتحول تلك العينة إلى غبار وتدخل مباشرة إلى لهب البلازما. تصطدم العينة على الفور بالإلكترونات والأيونات المشحونة في البلازما وتنقسم إلى أيونات مشحونة. تتحلل الجزيئات المختلفة إلى ذراتها ثم تفقد إلكتروناتها وتتحد بشكل متكرر في البلازما، وتشع بأطوال موجية مميزة للعناصر المعنية.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *