Атомдық эмиссиялық спектроскопия (AES) үлгідегі элемент мөлшерін анықтау үшін белгілі бір толқын ұзындығында жалын, плазма, доға немесе ұшқын шығаратын жарық қарқындылығын пайдаланатын химиялық талдау әдісі болып табылады.
Атомдық спектр сызығының толқын ұзындығы элементтің сәйкестігін береді, ал шығарылатын жарықтың қарқындылығы элемент атомдарының санына пропорционал. Бұл атомдық сәулелену спектроскопиясының мәні. Ол элементтер мен физикалық құбылыстарды мінсіз дәлдікпен талдауға мүмкіндік береді.
Спектрлік талдау әдістері
Материалдың (аналиттің) үлгісі жалынға газ, бүріккіш ерітінді ретінде немесе сымның кішкене ілмегімен, әдетте платинамен енгізіледі. Жалынның жылуы еріткішті буландырады және химиялық байланыстарды үзіп, бос атомдар жасайды. Жылу энергиясы да соңғысын қозғанға айналдырадыэлектрондық күйлер, олар бұрынғы пішініне оралғанда кейіннен жарық шығаратын.
Әр элемент тор немесе призма арқылы шашыраңқы және спектрометрде анықталатын тән толқын ұзындығында жарық шығарады. Бұл әдісте жиі қолданылатын трюк - диссоциация.
Жалын шығаруды өлшеуге арналған жалпы қолданба фармацевтикалық аналитика үшін сілтілі металдарды реттеу болып табылады. Ол үшін атомдық сәулелену спектрлік талдау әдісі қолданылады.
Индуктивті байланысқан плазма
Индуктивті байланысқан плазмалық атомдық сәулелену спектроскопиясы (ICP-AES), сондай-ақ индуктивті байланысқан плазмалық оптикалық эмиссия спектрометриясы (ICP-OES) деп те аталады, химиялық элементтерді анықтау үшін қолданылатын аналитикалық әдіс.
Бұл белгілі бір элементке тән толқын ұзындықтарында электромагниттік сәуле шығаратын қозған атомдар мен иондарды алу үшін индуктивті байланысқан плазманы пайдаланатын эмиссиялық спектроскопияның бір түрі. Бұл 6000 мен 10000 К аралығындағы температурасы бар жалын әдісі. Бұл сәулеленудің қарқындылығы спектроскопиялық талдау әдісін қолдану кезінде пайдаланылған үлгідегі элементтің концентрациясын көрсетеді.
Негізгі сілтемелер мен схема
ICP-AES екі бөліктен тұрады: ICP және оптикалық спектрометр. ICP алауы 3 концентрлі кварц шыны түтіктерінен тұрады. Радиожиілік (RF) генераторының шығысы немесе «жұмыс» орамы осы кварц оттығының бір бөлігін қоршайды. Плазма жасау үшін әдетте аргон газы қолданылады.
Оттық қосылған кезде катушкалар арқылы өтетін қуатты РЖ сигналы арқылы күшті электромагниттік өріс пайда болады. Бұл РЖ сигналы RF генераторы арқылы жасалады, ол негізінен кәдімгі радио таратқыш таратқыш антеннаны басқаратындай "жұмыс орамын" басқаратын қуатты радио таратқыш болып табылады.
Типтік құралдар 27 немесе 40 МГц жиілікте жұмыс істейді. Оттық арқылы ағып жатқан аргон газы иондану процесін бастау үшін аргон ағынында қысқа разряд доғасын жасайтын Tesla қондырғысымен тұтанады. Плазма "жанған" бойда Tesla құрылғысы өшеді.
Газдың рөлі
Аргон газы күшті электромагниттік өрісте иондалады және РЖ катушкасының магнит өрісі бағытында арнайы айналмалы симметриялы үлгі арқылы ағып өтеді. Бейтарап аргон атомдары мен зарядталған бөлшектер арасында жасалған серпімді емес соқтығыстардың нәтижесінде шамамен 7000 К тұрақты жоғары температуралы плазма түзіледі.
Перистальтикалық сорғы сулы немесе органикалық үлгіні аналитикалық небулайзерге жеткізеді, онда ол тұманға айналады және тікелей плазмалық жалынға енгізіледі. Үлгі бірден плазмадағы электрондармен және зарядталған иондармен соқтығысады және өзі соңғысына ыдырайды. Әртүрлі молекулалар өздерінің сәйкес атомдарына бөлінеді, содан кейін олар электрондарын жоғалтады және плазмада қайта-қайта қосылып, қатысатын элементтердің тән толқын ұзындығында сәуле шығарады.
Кейбір конструкцияларда плазманы белгілі бір жерде «кесу» үшін ығыстырушы газ, әдетте азот немесе құрғақ сығылған ауа пайдаланылады. Содан кейін бір немесе екі өткізгіш линзалар шығарылатын жарықты дифракциялық торға фокустау үшін пайдаланылады, онда ол оптикалық спектрометрде құрамдас толқын ұзындықтарына бөлінеді.
Басқа конструкцияларда плазма оптикалық интерфейске тікелей түседі, ол аргонның тұрақты ағыны шығып, оны бұрып, салқындатуды қамтамасыз ететін тесіктен тұрады. Бұл плазмадан шыққан жарықтың оптикалық камераға енуіне мүмкіндік береді.
Кейбір конструкцияларда жарықтың бір бөлігін оптикалық камераларға бөлу үшін оптикалық талшықтар пайдаланылады.
Оптикалық камера
Онда жарықты әртүрлі толқын ұзындықтарына (түстерге) бөлгеннен кейін қарқындылық фотокөбейткіш түтік немесе әрбір тартылған элемент сызығы үшін нақты толқын ұзындығын(дарын) «көру» үшін физикалық түрде орналасқан түтіктер арқылы өлшенеді.
Заманауи құрылғыларда бөлінген түстер зарядты байланыстыратын құрылғылар (CCD) сияқты жартылай өткізгіш фотодетекторлар жиынына қолданылады. Осы детекторлық массивтерді пайдаланатын қондырғыларда барлық толқын ұзындықтарының қарқындылығын (жүйе ауқымында) бір уақытта өлшеуге болады, бұл құралға құрылғы қазіргі уақытта сезімтал болатын әрбір элементті талдауға мүмкіндік береді. Осылайша, үлгілерді атомдық эмиссиялық спектроскопияның көмегімен өте жылдам талдауға болады.
Ары қарай жұмыс
Одан кейін жоғарыда айтылғандардың барлығынан кейін әрбір жолдың қарқындылығы элементтердің бұрын өлшенген белгілі концентрацияларымен салыстырылады, содан кейін олардың жинақталуы калибрлеу сызықтары бойынша интерполяция арқылы есептеледі.
Сонымен қатар, арнайы бағдарламалық құрал әдетте үлгілердің берілген матрицасында әртүрлі элементтердің болуынан туындаған кедергілерді түзетеді.
ICP-AES қолданбаларының мысалдары шараптағы металдарды, тағамдардағы мышьякты және ақуыздармен байланысты микроэлементтерді анықтауды қамтиды.
ICP-OES салмақ салу үшін әртүрлі ағындар үшін баға деректерін қамтамасыз ету үшін минералды өңдеуде кеңінен қолданылады.
2008 жылы бұл әдіс Ливерпуль университетінде Шептон Маллеттен табылған және бұрын Англиядағы христиан дінінің ең алғашқы дәлелдерінің бірі болып саналатын Чи Ро амулетінің тек ХІХ ғасырға жататынын көрсету үшін қолданылды.
Баратын жер
ICP-AES көбінесе топырақтағы микроэлементтерді талдау үшін пайдаланылады және осы себепті ол сот сараптамасында қылмыс болған жерлерден немесе құрбандардан табылған топырақ үлгілерінің шығу тегін анықтау үшін қолданылады. Біреуі сотта болса, ол басқа дәлелдерді нығайтады.
Ол сондай-ақ ауылшаруашылық топырақтарындағы қоректік заттардың деңгейін анықтаудың таңдаулы аналитикалық әдісіне айналуда. Содан кейін бұл ақпарат өнімділік пен сапаны арттыру үшін қажетті тыңайтқыш мөлшерін есептеу үшін пайдаланылады.
ICP-AESқозғалтқыш майын талдау үшін де қолданылады. Нәтиже қозғалтқыштың қалай жұмыс істейтінін көрсетеді. Ондағы тозған бөлшектер майда ICP-AES көмегімен анықтауға болатын із қалдырады. ICP-AES талдауы бөліктердің жұмыс істемейтінін анықтауға көмектеседі.
Сонымен қатар, ол қанша май қоспалары қалғанын анықтай алады, сондықтан оның қанша қызмет ету мерзімі қалғанын көрсетеді. Мұнай талдауын көбінесе қозғалтқышының өнімділігі туралы мүмкіндігінше көбірек білгісі келетін автопарк менеджерлері немесе автокөлік әуесқойлары пайдаланады.
ICP-AES мотор майларын (және басқа жағармайларды) өндіруде сапаны бақылау және өндірістік және салалық сипаттамаларға сәйкестік үшін де қолданылады.
Атомдық спектроскопияның басқа түрі
Атомдық абсорбциялық спектроскопия (ААС) – газ күйіндегі бос атомдардың оптикалық сәулеленуді (жарық) жұтуын пайдалана отырып, химиялық элементтерді сандық анықтауға арналған спектрлік аналитикалық процедура. Ол бос металл иондарының жарықты жұтуына негізделген.
Аналитикалық химияда талданатын үлгідегі белгілі бір элементтің (анықталатын заттың) концентрациясын анықтау әдісі қолданылады. AAS электротермиялық булану арқылы ерітіндідегі немесе тікелей қатты үлгілердегі 70-тен астам әртүрлі элементтерді анықтау үшін пайдаланылуы мүмкін және фармакологиялық, биофизикалық және токсикологиялық зерттеулерде қолданылады.
Атомдық абсорбциялық спектроскопия алғаш рет19 ғасырдың басында аналитикалық әдіс ретінде қолданылды, ал негізгі принциптерді екінші жартысында Гейдельберг университетінің профессорлары Роберт Вильгельм Бунсен мен Густав Роберт Кирхгоф бекітті.
Тарих
ААС-тың заманауи түрін негізінен 1950 жылдары австралиялық химиктер тобы әзірлеген. Оларды Мельбурн, Австралиядағы Химиялық физика бөлімінің Достастық ғылыми-өндірістік зерттеулер ұйымының (CSIRO) сэр Алан Уолш басқарды.
Атомдық абсорбциялық спектрометрияның химияның әртүрлі салаларында көптеген қолданбалары бар, мысалы, қан, плазма, несеп, сілекей, ми тіндері, бауыр, шаш, бұлшықет тіндері, шәует сияқты биологиялық сұйықтықтар мен ұлпалардағы металдарды клиникалық талдау, кейбір фармацевтикалық өндіріс процестерінде: соңғы дәрілік өнімде қалған катализатордың минуттық мөлшері және металл мазмұнына су талдауы.
Жұмыс схемасы
Әдіс үлгідегі белгілі бір талданатын заттардың концентрациясын бағалау үшін үлгінің атомдық жұтылу спектрін пайдаланады. Ол өлшенген сіңіру мен олардың концентрациясы арасындағы байланысты орнату үшін белгілі құрамдас бөліктердің стандарттарын талап етеді, сондықтан Бер-Ламберт заңына негізделген. Атомдық эмиссиялық спектроскопияның негізгі принциптері жоғарыда мақалада көрсетілгендей.
Қысқаша айтқанда, атомизатордағы атомдардың электрондары қысқа уақыт ішінде жоғары орбитальдарға (қозған күйге) берілуі мүмкін.энергияның белгілі бір мөлшерін (берілген толқын ұзындығының сәулеленуі) жұту арқылы уақыт кезеңі (наносекундтар).
Бұл сіңіру параметрі белгілі бір элементтегі белгілі бір электронды ауысуға тән. Әдетте, әрбір толқын ұзындығы тек бір элементке сәйкес келеді, ал сіңіру сызығының ені бар болғаны бірнеше пикометрді (pm) құрайды, бұл техниканы элементтік таңдаулы етеді. Атомдық сәулелену спектроскопиясының схемасы осыған өте ұқсас.
