دستگاه فلیم فتومتر و کاربرد آن

فلیم فتومتر چیست

قسمتی از فتومتری جذب اتمی با نام دستگاه فلیم فتومتر برای تعیین غلظت پتاسیم، سدیم، لیتیم، کلسیم و باریم کاربرد دارد. اتحادیه بین المللی شیمی محض و کاربردی (IUPAC)، آن را اسپکتوفتومتری نشر اتمی شعله (FAES) نامگذاری کرده است.

اساس کار دستگاه فلیم فتومتر

اساس کار دستگاه فلیم فتومتر (فتومتر شعله‌ای) به تفکیک فلزات قلیایی (گروه I) و قلیایی خاکی (گروه II) در اثر حرارت شعله بستگی دارد. برخی از اتم ها با قرار گرفتن در معرض انرژی حرارتی شعله، برانگیخته شده و به سطح بالاتر انرژی جهش می‌یابند.

نور جذب شده توسط الکترون های برانگیخته، با استفاده از تکنیک های جذب مستقیم، اندازه گیری می‌شود. سطوح برانگیخته ناپایدارند بنابراین، اتم‌های برانگیخته با از دست دادن انرژی و نشر تشعشعاتی که در گستره طیف مرئی قابل مشاهده می‌باشند، به حالت پایه منتقل می‌شوند. جذب نور ناشی از برانگیختگی الکترون‌ها با استفاده از تکنیک‌های جذب مستقیم اندازه گیری می‌شود. در حالیکه شدت تابش نور، با تکنیک انتشار اندازه گیری می‌شود. طول موج های نور ساطع شده در عناصر مختلف، متفاوت است.

اجزا سازنده دستگاه فلیم فتومتر

• منبع حرارتی

از یک مشعل برای ایجاد شعله استفاده می شود. شعله ایجاد شده در فلیم فتومتر، باید همواره بصورت ثابت حفظ شود. دمای شعله یکی از عوامل موثر در نحوه عملکرد دستگاه می باشد؛ بنابراین دما مقدار ثابتی است!

• nebulizer و محفظه میکسر

میکسر و نبولایزر، روند انتقال محلول همگن ماده را به بخش شعله با سرعت ثابت تسهیل میکنند.

• سیستم نوری (فیلتر نوری)

سیستم نوری از سه بخش تشکیل شده است: آینه محدب، عدسی ها و فیلتر

آینه محدب، نور ساطع شده از اتم ها را به عدسی ها انتقال داده و منجر به متمرکز شدن نشر نور در عدسی ها میشود. عدسی محدب نور را در نقطه ای بنام “شکاف” متمرکز می کند. بازتاب های آینه از شکاف عبور کرده و به فیلترها می رسند. فیلترها نیز با جداسازی طول موج، اندازه گیری آنها را در هر نشر فرعی، امکان پذیر میسازد. بنابراین، این شکاف بعنوان یک فیلتر رنگی تداخل عمل میکند.

• فتودیتکتور

فتودیتکتور، نور ساطع شده را شناسایی کرده و شدت تابش آن را اندازه گیری می نماید. اشعه ساطع شده به کمک این ابزار، تبدیل به سیگنال الکتریکی میشود. سیگنال های الکتریکی ایجاد شده در این بخش با شدت نور رابطه مستقیم دارد.

در شکل ذیل شماتیک فلیم فتومتر نشان داده شده است:

مکانیزم کاری فلیم فتومتر چگونه است

عملکرد فلیم فتومتر شامل مراحلی است که در بخش های زیر مورد بحث قرار میگیرد.

• نبولایزر (ریزپاش)

 در نبولایزر، محلول ماده مورد آزمایش ابتدا به درون مشعل هدایت شده و سپس بعنوان ذرات ریز در شعله پراکنده میشوند.

1. حلال مورد نظر تبخیر شده و به ذرات ریز جامد، تبدیل میشود.
2. این ذرات جامد به سمت شعله هدایت شده و در نزدیکی شعله، اتم ها و یون های گازی را ایجاد میکنند.
3. یون ها انرژی شعله را جذب کرده و برانگیخته میشوند؛ در نتیجه به سطوح بالاتری از انرژی جهش می یابند.
4. سپس با از دست دادن انرژی به حالت پایه باز می گردند. در این حین تشعشعاتی از عنصر مورد نظر ساطع میشود.
5. شدت نور ساطع شده با غلظت عنصر، رابطه مستقیم دارد.

دستورالعمل فنی فلیم فتومتر

فلیم فتومتر، از انواع مختلف سوخت بطور عمده هوا، اکسیژن یا اکسید نیتروژن ( N2O) بعنوان اکسنده استفاده می کند. دمای شعله به نسبت سوخت اکسنده بستگی دارد.

فرایندهای مختلف فلیم فتومتر در ذیل ارائه می گردد:

1. حلال زدایی: آب موجود در ذرات فلزی با حرارت شعله تبخیر می شود.
2. تبخیر: آب موجود در ذرات فلزی بخار شده و این امر منجر به تبخیر حلال نیز می شود.
3. اتمیزه کردن: یونهای فلزی موجود در حلال با قرار گرفتن در معرض حرارت شعله، کاهش یافته و به فلزات اتمی تبدیل می شوند.
4. برانگیختگی: نیروی جاذب الکتروستاتیکی بین الکترون ها و هسته اتم منجر به جذب مقادیر خاصی از انرژی می شود. بنابراین، اتم ها به حالت برانگیخته جهش می یابند.
5. انتشار: از آنجا که سطوح بالاتر انرژی، ناپایدارند. اتم ها با از دست دادن انرژی به حالت پایه باز می گردند. انرژی اتلاف شده در این انتقال، بصورت طول موج تابشی است و توسط فتودیتکتور اندازه گیری می شود.

شدت نور ساطع شده با استفاده از معادله Scheibe-Lomakin توصیف میشود:

I=K*C^n

I= شدت نور ساطع شده

C= غلظت عنصر مورد آزمایش

K= ضریب تناسب

n≈1 (در قسمت خطی منحنی کالیبراسیون)

I=K*C

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

مقایسه شدت انتشار نمونه های ناشناخته با محلول ها (رسم منحنی کالیبراسیون) یا استاندارد داخلی (Standard addition method) به بررسی کمی فلز آنالیت در محلول نمونه مورد بررسی، کمک میکند.

انتشار شعله فلزات قلیایی و قلیایی خاکی از نظر طول موج انتشار و رنگ مشخص تولید شده توسط هر عنصر در جدول ذیل نشان داده شده است.

کاربرد فلیم فتومتر

فلیم فتومتر کاربرد کمی و کیفی بسیاری دارد. این دستگاه، تک فام سازهایی با طول موج های مشخص ساطع می‌کند. امواج ساطع شده به تشخیص فلزات در نمونه مورد آزمایش، کمک می‌کنند. فلیم فتومتر، دسترسی به فلزات قلیایی و قلیایی خاکی را ممکن می‌سازد. این فلزات در زمینه کشاورزی بسیار حائز اهمیت می‌باشند؛ زیرا مقدار کود مورد نیاز خاک را با استفاده از آنالیز شعله خاک تعیین می‌کنند. در زمینه پزشکی نیز یون های +Na و +K موجود در مایعات بدن، ماهیچه‌ها و قلب را می‌توان با رقیق سازی سرم خون درون شعله اندازه‌گیری کرد. در بخش صنایع غذایی، نوشیدنی‌های غیر الکلی، مشروبات الکلی و آبمیوه‌ها با استفاده از فلیم فتومتر مورد بررسی قرار می‌گیرند.

مزایای دستگاه فلیم فتومتر

فلیم فتومتر کاربردها و مزایای متنوعی دارد؛ از جمله آنها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1) دستگاه اطفاء حریق

مدل ارائه شده نصب و راه اندازی القایی یونی دستگاه اطفاء حریق را تصویب می‌کند: دستگاه در صورت شعله ور شدن پس از 7 ثانیه احتراق ثابت متوقف می‌گردد. سپس سوپاپ مغناطیسی، سوپاپ گاز را بطور اتوماتیک همراه با آلارم نور و صدا، دقت بالا و ایمنی کامل خاموش می‌کند.

در مقایسه با نصب القایی یونی، در برخی از دستگاه های فلیم فتومتر، ترموکوپل قطع احتراق نصب می گردد که در هنگام اشتعال بسیار دشوار است. هنگام اشتعال، حجم گاز باید افزایش یابد. درعین حال تا زمانی که شعله ترموکوپل را نسوزانده باشد دستگاه قادر به تشخیص آن نیست. علاوه بر این، درصورت قطع شعله دستگاه فقط زمانی کارآمد است که دمای ترموکوپل افت کرده باشد. این امر منجر به نشت گاز می‌شود. در مقایسه با نصب القایی یونی برخی دیگر از فلیم فتومترها آشکارسازهای فتوالکتریکی دارند. این نوع فلیم فتومترها دارای معایبی نیز می‌باشند: باز شدن لوله و ورود نور طبیعی به دستگاه منجر به نشت گاز می‌شود. پس از بسته شدن لوله، LGP به موقع آزاد نمی‌شود و در نتیجه انفجار رخ می‌دهد. بعد از اولین اشتعال، مقداری بخار در لوله داخلی (شیشه ای) ظاهر می‌شود که این امر منجر به برداشت اشتباه می‌گردد.

2) با نبولایزر نوع جدید: بهره وری طولانی مدت، نصب و نگهداری آسان

نازل از PTEF ساخته شده است. این ماده خوردگی اسیدی، قلیایی و همچنین خوردگی حلال های آلی مختلف است. سوزن یدکی نمونه از فولاد ضد زنگ 304 ساخته شده است. اگر دستگاه را در بهینه ترین حالت تنظیم کنید. پس از استفاده طولانی مدت، سرعت تزریق نمونه کندتر می‌شود. گرد و خاک سوزن را بوسیله 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 یا پایین تنظیم نمایید.

3) سیستم اشتعال اتوماتیک

دکمه فلزی و روکش نقره ای کنتاکتور باعث افزایش طول عمر بهره وری دستگاه می‌گردد. به منظور افزایش ظرافت ظاهری دستگاه، بعد از اشتعال نور آبی رنگ نمایان می‌شود.

برای شروع اشتعال، دکمه “IGNITION START/STOP” را فشار دهید. اشتعال به مدت 7 ثانیه ادامه یافته و سپس بصورت اتوماتیک متوقف خواهد شد. زمانی که واحد شعله دریافت شد، اشتعال متوقف شده و سوپاپ مغناظیسی حالت استارت آپ را حفظ می‌نماید.

4) سوپاپ اطمینان

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

5) کلاهک اشتعال جداپذیر

در مدت زمان طولانی پس از استفاده، رسوبات کربن در کلاهک اشتعال بر جای خواهد ماند. در این مرحله کاربر فقط باید با گشودن پیچ خمیده در جهت عقربه ساعت، کلاهک اشتعال را برداشته و به آسانی درون آن را پاکسازی کرده و تنظیمات آن را تغییر دهد.

علاوه بر قابلیت‌ها و مزایایی که در بالا از فلیم فتومتر خواندیم، موارد زیر نیز از مزایای فلیم فتومتر محسوب می‌شوند:

• فلیم فتومتری آنالیز کمی ساده و مقرون به صرفه ای می باشد که بر اساس آنالیز شعله مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• عناصری مانند فلزات قلیایی و قلیایی خاکی بوسیله این ابزار که روش ساده و معتبری می باشد، تعیین می‌گردد.
• فلیم فتومتر، نمونه هایی در محدوده یک واحد در میلیون (ppm) تا یک واحد در میلیارد (ppb) را می‌تواند راحت، خیلی سریع و با دقت بسیار بالا اندازه گیری نماید.

معایب فلیم فتومتر

با توجه به اینکه فلیم فتومتر در زمینه شیمی تجزیه، کاربرد گسترده ای دارد، با این وجود این دستگاه دارای معایبی نیز می باشد.

• 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 نیاز است.
• دست یابی به نتایج دقیق از یون هایی با غلظت بالاتر بسیار دشوار است.
• اطلاعات مربوط به ساختار مولکولی ترکیبات موجود در محلول ساده قابل بررسی نمی باشند.
• عناصری از قبیل کربن، هیدروژن و هالیدها نیز به دلیل خاصیت غیرتابشی، قابل تشخیص نیستند.

طیف سنجی اتمی چیست

طیف سنجی اتمی از قدیمی ترین روش‌های ابزاری برای بررسی عناصر است. این تکنیک در اواسط قرن نوزدهم میلادی ارائه شده است. زمانی که بونزن و کیرشهف اثبات کردند که پرتوهای ساطع شده از شعله به ویژگی های عناصر سازنده آن بستگی دارد. دستگاه فلیم فتومتر یکی از ابزارهای طیف سنجی اتمی می‌باشد.

طیف سنجی اتمی، در انجام بررسی‌های کیفی و کمی از پتانسیل ویژه ای برخوردار است. با توسعه و پیشرفت تجهیزات آزمایشگاهی، طیف سنجی اتمی بطور گسترده‌تری به کار برده می‌شود. این ابزار در زمینه شیمی تجزیه نیز کاربرد فراوانی دارد. طیف‌سنجی اتمی به سه دسته تقسیم می‌شود: طیف نمایی جذب، طیف نمایی نشر و لومینسانس.

***

آذین تجهیز، بعنوان واردکننده اصلی لوازم و تجهیزات آزمایشگاهی، دارای سابقه طولانی در برطرف کردن نیاز مشتریان خود می‌باشد. شما عزیزان چنانچه قصد خرید فلیم فتومتر را دارید می‌توانید با شماره‌های 02166578892 و 02166572995 تماس حاصل نمایید.